微生物诱导碳酸镁沉淀试验研究

碳酸镁和碳酸钙一样也具有胶结作用,且镁矿强度远大于钙矿,因此研究碳酸镁固化技术具有重要意义。本文测量了巴氏芽孢杆菌在培养过程中的吸光度和脲酶活性,并计算得到单位脲酶活性;研究了尿素、氯化钠、醋酸根、Ca²⁺和Mg²⁺浓度对脲酶活性的影响;控制温度、pH值和离子浓度对比了钙和镁沉淀效率和不同温度不同尿素浓度下碳酸镁沉淀产率;对比研究了碳酸钙和碳酸镁沉淀下砂土固化效果。结果表明,48 h培养过程中,吸光度和脲酶活性的增长都先缓慢后迅速增长再减小最后停止,单位脲酶活性则是先增加后减小。适当增加尿素或Mg²⁺浓度可增强细菌脲酶活性,氯化钠和醋酸根浓度对酶活性无明显影响,Ca²⁺浓度对脲酶活性有明显抑制作用。同一温度、pH值和离子浓度条件下,碳酸镁产率明显小于碳酸钙。而在菌液中添加尿素可促进碳酸镁沉淀生成,且温度相同,尿素浓度越高,碳酸镁产率越大。菌液中添加尿素可使得碳酸镁固化砂土成型并具有一定强度,因此,该方法可解决砂土固化碳酸镁沉淀不足的问题,为后续碳酸镁固化试验奠定基础。     

基于颗粒特征与预设变形的人工砂土变形图像生成方法及应用

图像变形分析方法是当前土力学与岩土工程领域的一种重要变形测试技术,散斑图像作为其发展、应用和可靠性评价的常用工具,是否反映真实土体图像特征和变形分析可靠性尚有待解答。以福建标准砂为样本,基于土体图像特征分析及与散斑图像对比,提出了一种描述砂土图像和变形特征的人工图像生成方法,利用建立的4种变形坐标解析公式和生成序列变形图像,对国际代表性RG-DIC和PIVlab法可靠性进行评价。结果表明：散斑图像与真实砂土图像在纹理、圆度、色值等方面存在显著差异,提出的人工图像生成方法能有效控制土颗粒组分、圆度、色值等分布参数,反映了真实土体图像特征;生成的序列变形图像增加了时间变量和任意变形函数功能,为动态和复杂变形分析可靠性评价建立条件。散斑图像明显低估了RG-DIC和PIVlab法对土体变形的分析误差,原因为黑色背景、白色亮斑构成的纹理特征更具辨识性;RG-DIC法的分析准确性与稳定性明显优于PIVlab法,而不同变形条件下两种方法分析误差呈一致趋势,当剪应变≤10^-3时误差快速上升。研究方法与成果,为土体图像变形分析方法发展、应用和可靠性评价提供了重要支撑和参考。

     

鄂尔多斯盆地北部直罗组含水层研究进展与水害防治建议

近十几年来,鄂尔多斯盆地北部煤矿开采频频受到了直罗组地下水的威胁,甚至出现了突水事故。区内以直罗组地下水为充水水源的大水矿井连片分布,且与直罗组古河道砂体关系密切。为阐释神府南区直罗组古河道砂体分布区矿井涌水模式,在直罗组古河道砂体空间分布及其对地下水赋存控制作用研究的基础上,从研究区尺度、井田尺度和工作面尺度,分析了直罗组古河道砂体与矿井涌水的关系,提出了直罗组古河道砂体下矿井涌水模式。结果表明：神府南区直罗组古河道冲刷带沿红碱淖—尔林兔—锦界一线发育,冲刷带内延安组第5段几乎被冲刷剥蚀殆尽,在局部地区延安组第4段也遭受了冲刷。根据砂分散体系分析和隔水岩组发育特征,将冲刷带内充填沉积的古河道砂体分为3级。直罗组古河道砂体富水性的强弱主要受控于砂体规模、物性特征和风化作用,一级砂体(主河道)区域富水性强于二级砂体(分支河道)及三级砂体(三角洲间湾、分流间湾)区域,当砂体遭受风化后,其富水性将进一步增强。基于不同尺度下砂体分级、风化砂体厚度与矿井涌水关系的分析,提出了研究区东部现阶段古河道砂体下生产矿井的3种涌水模式。强涌水模式,主要位于一级砂体分布区,风化砂体厚度一般≥30 m。中等涌水模式,主要位于一级砂体的边缘或二级砂体区域,风化砂体厚度一般10～30 m。弱涌水模式,主要位于三级砂体区域,风化砂体厚度一般 < 10 m。

     

微生物温控加固钙质砂动强度特性研究

利用微生物温控加固技术对南海某岛钙质砂进行了MICP加固砂柱试验,并通过循环三轴试验开展了MICP加固钙质砂的动强度特性试验研究,探讨了不同MICP加固程度、相对密实度以及有效围压对钙质砂动强度与液化特性的影响.研究发现,经过MICP加固后松散钙质砂的动力液化特性由\"流滑\"逐渐演变为\"循环活动性\";相较于未加固中密砂试样,MICP加固中密钙质砂试样表现出更加明显的\"循环活动性\"特点.MICP加固钙质砂的动强度随着MICP加固程度、相对密实度以及有效围压的提高表现出不同程度的提高.针对MICP加固钙质砂提出了优化动强度经验公式,建立了MICP加固钙质砂的统一动强度准则.该研究成果将为MICP加固技术在南海岛礁建设发展和应用中提供重要的理论基础.     

高压条件下石英砂中的静力触探试验及大变形模拟

在深部土层中进行原位试验时,以往针对中低应力水平的数据解译公式不再适用。为探究砂土在高应力条件下的力学特性,利用自行研制的高压标定罐,改变围压水平,进行不同密实度石英砂中的静力触探试验,基于任意拉格朗日—欧拉格式的大变形有限元方法,模拟静力触探仪的完整贯入过程,有效避免了锥尖周围的网格扭曲。大变形模拟中采用修正摩尔—库伦模型描述砂土的内摩擦角和剪胀角随累积塑性剪应变的变化,并通过修正弯曲元试验,确定合理的土体剪切模量。标定罐试验和大变形有限元方法获得的锥尖阻力结果能很好地相互验证;在此基础上,建立高应力条件下静力触探锥尖阻力与砂土相对密实度之间的关系,与已有的低应力水平试验结果进行对比,证明建立的经验公式能通过锥尖阻力很好地预测砂土的相对密实度。     

钙质砂颗粒的形状分析

为研究不同细颗粒含量及形状对钙质混合砂力学特性的影响,采用角形石英粉和圆形玻璃珠作为细颗粒材料,按不同配比分别与钙质砂混合,通过环剪试验对钙质混合砂强度特性和破碎特征进行研究。结果表明：两种混合砂在中密状态下软化特性明显,软化系数随细颗粒含量的增加,呈现出先增大后减小的规律,在细颗粒含量为10%时达到最大值,细颗粒含量相同时,含玻璃珠试样的软化系数更大;钙质砂存在明显的表观黏聚力,并随着细颗粒含量增加而减小,含玻璃珠试样因嵌固咬合能力更低,其下降趋势明显大于含石英粉试样;纯钙质砂变形表现为剪胀,随着细颗粒含量增加,混合砂剪缩量逐渐增加,峰值强度、相对破碎率逐渐降低,含玻璃珠混合砂变化更为显著。

     

驻波作用下粉土海床累积液化机制分析

波浪作用导致海床土体产生复杂的流固耦合效应,即土体受到正应力差和剪应力的三维耦合剪切作用,瞬态超孔隙水压力呈振荡与累积两种增长模式且引起土体循环软化。现有Masing型非线性动力本构模型未能完全考虑该流固耦合效应。现将Davidenkov骨架曲线拓展至三维应力空间,采用“扩展Masing”法则构造土体应力–应变滞回曲线,基于Biot动力固结理论,将Byrne提出的剪切-体积应变耦合模型引入体积相容方程作为累积超孔压增长的源项,建立了一个可描述流固耦合效应的土体非线性动力本构模型。基于FLAC^3D计算平台实现了该本构模型的二次开发,通过与模型理论值对比保证了程序的计算精度,与土单元循环扭剪试验对比验证了该本构模拟土体动力流固耦合效应的可行性与合理性,为利用FLAC^3D进行海洋岩土工程的研究提供了有效手段。

     

微生物温控加固钙质砂动强度特性研究

大豆脲酶诱导碳酸钙沉积用于固化沙漠风积沙具有潜在价值,为提升固化的均匀性及效果,在提取的大豆脲酶溶液中加入可溶性大豆多糖（SSPS）用于诱导碳酸钙沉积反应过程。首先,在液体环境下分析了SSPS对大豆脲酶溶液特性及反应生成碳酸钙的影响,随后土体环境中采用单相灌注法固化风积沙,测试了胶结试样的无侧限抗压强度和三轴固结不排水剪切特性,并结合SEM探究了固化机理。结果表明：SSPS的添加量为1,3 g/L时虽轻微抑制脲酶活性,但几乎不影响溶液黏度,且更利于液体环境下生成方解石晶体,同时土体环境中提升了固化风积沙的强度以及改善了单相灌注固化的均匀性,其中3 g/L添加量时效果更佳。SEM观察分析显示,添加SSPS后,液体环境下生成了尺寸更大且更紧密的碳酸钙晶体,土体环境中更多更紧密的碳酸钙晶体分布在沙颗粒间接触点处,从而增强了胶结作用效果。

     

水平附壁射流破异重流试验研究

本文提出了利用水平附壁射流破除异重流的新方法。通过水槽试验,对水平附壁射流破异重流的现象、拦沙及冲沙效果进行了详细研究,得出了不同水沙条件下附壁射流破异重流所需喷口流速表达式。     

C60机制砂高性能泵送混凝土的试验研究

介绍了C60机制砂高性能泵送混凝土配合比选定及施工应用。