利用微生物矿化技术加固粉土试验研究

利用微生物矿化技术加固土体已成为土木工程的研究热点,但目前的处理对象主要为松散砂土,关于加固粉土的研究比较缺乏.本文以海相粉土为研究对象,选用巴氏芽孢杆菌为微生物、采用尿素和氯化钙为胶结液对粉土进行处理.由于微生物难以渗入孔喉尺寸小的粉土,采取将菌液与粉土拌合制样,然后入渗若干轮胶结液的加固方法.水稳定性和无侧限抗压强度试验表明,该方法能对粉土进行整体加固,胶结液浓度和入渗轮数对加固效果有明显影响.随着胶结液入渗轮数和浓度的增加,试样中沉积的CaCO_3逐渐增多,但高胶结液浓度1.5 mol/L时的强度较低.针对试样处理后强度增幅有限的问题,对试验方法进行了改进:菌液在土中密封贮留12 h后即开始入渗后续的胶结液.对比发现,改进方法后试样的无侧限抗压强度得到了明显提高.处理后试样的扫描电镜(SEM)结果表明,改进后土中沉积生成的六面体碳酸钙晶体尺寸更大,能更有效地将土颗粒进行胶结.     

胶结液参数对微生物加固粉土的影响

胶结液对微生物土体加固具有重要作用,以海相粉土为处理对象,选用巴氏芽孢杆菌作为微生物、尿素和氯化钙作为胶结液,研究胶结液参数对加固效果的影响.采用将菌液与粉土拌合制样,然后入渗多轮胶结液的方法对试样进行有效加固.通过试验研究了浓度、轮数、配比、体积等胶结液参数对加固效果的影响.结果 表明:当胶结液浓度不低于0.50 mol/L时,试样水稳定性较好;试样中沉积的CaCO3数量和无侧限抗压强度随着胶结液相对用量增加而提高,但当胶结液浓度为1.50 mol/L时,CaCO3均匀性和无侧限抗压强度都有明显下降;增加胶结液中尿素的比例对加固效果的影响很小;减小每轮胶结液入渗体积会使加固的整体性明显下降,因此每轮胶结液的体积不应低于孔隙体积.试验和SEM结果表明,胶结液浓度会影响CaCO3分布和晶体大小,从而影响加固强度.     

中国南北过渡带土壤差异化试验研究

通过对中国南北过渡带的山地土壤开展液塑限试验和室内直剪试验,分析了过渡带山地土壤液塑限及抗剪强度的变化规律.试验结果表明:(1)沿过渡带两侧从北到南,山地土壤液限、液性指数和塑性指数逐渐减小,塑限逐渐增加,土体从可塑状态向坚硬状态转化;(2)沿过渡带两侧从北到南,山地土壤抗剪强度逐渐减小,随着土样含水率的增大,A、B、C 3类土试样的抗剪强度差异逐渐增大;(3)沿过渡带两侧从北到南,山地土壤粘聚力逐渐减小,随着土试样含水率的增大,A、B、C 3类土试样的粘聚力逐渐减小;(4)随着土试样含水率的增大,除C类土试样的内摩擦角逐渐减小外,A、B类土试样的内摩擦角基本不变.     

胶结液浓度对微生物固化花岗岩残积土强度特性的影响规律

在分析花岗岩残积土物理特性的基础上,选用巴氏芽孢杆菌菌液和不同浓度的氯化钙与尿素的混合胶结液,利用设计的室内试验装置对花岗岩残积土开展不同灌注次数的微生物固化试验,并对不同工况的固化试样进行无侧限抗压强度（UCS）试验、碳酸钙生成率测试和崩解试验,同时开展X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等微观结构分析,以此探讨胶结液浓度和灌注次数对固化后花岗岩残积土强度特性的影响规律. 结果表明：试验参数范围内,灌注次数相同时,胶结液浓度为1.0 mol/L时,试样的固化效果最好;胶结液浓度相同时,灌注次数越多,试样的固化效果越好;固化试样的崩解性大大降低,崩解系数均小于30%;微生物固化生成的方解石晶体呈现明显的簇状,填充、胶结在土颗粒之间,与砂土的微生物固化特性具有一定差异性,但两者的固化过程与机理具有相似性.     

微生物诱导碳酸钙沉积加固海相粉土的试验研究

通过微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)来改良加固土体是当前岩土领域的研究热点,但关于处理粉土方面的研究相对较少.本文以江苏省吹填工程为背景,选用巴氏芽孢杆菌作为微生物、尿素和氯化钙作为胶结液,采用注浆的方法对海相粉土进行加固.通过试验发现,相比菌液和胶结液交替注入的方法,采用首轮注入菌液然后多轮注入胶结液的方法加固效果较好.注浆时的一个重要参数是不同轮次注入液体的间隔时间.根据不同间隔时间的对比试验,选择12h的间隔时间有利于碳酸钙在试样中的均匀沉积,处理后的试验强度较高.胶结液浓度会影响加固试样的强度,不同胶结液浓度的对比试验表明,采用低浓度多轮次的胶结液处理效果较好.最后,通过试验分析了环境温度对微生物注浆的影响.本次试验成果可以为微生物技术在海相粉土中的应用提供理论支持和参考.     

EICP与木质素联合改性粉土边坡抗雨蚀试验研究

通过设置6组试样,采用降雨试验,通过试样的表面侵蚀状况与冲蚀量、表面强度、碳酸钙含量的变化分析了改性后粉土边坡的抗雨蚀性能。试验结果表明：植物源酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)与木质素联合改性试样并在表面喷洒EICP溶液后,试样表面完整度更好,表面强度及碳酸钙含量更高,质量损失更小,抗雨蚀能力明显提高,与其他试样的平均值相比,边坡土体侵蚀量降低了75.0%,表面强度提高了33.8%,碳酸钙含量提高了235.2%;坡面喷洒EICP溶液可形成硬壳层,有效避免坡面侵蚀;木质素可为碳酸钙提供成核位点,使分布散乱的碳酸钙附着在木质素上,添加木质素后试样碳酸钙含量提高,且表面强度随碳酸钙含量提高而增大。     

多试验因素耦合下MICP固化砂土的试验研究

为了优选MICP(microbial induced carbonate precipitation)固化砂土过程中的试验因素,采用中心注浆法耦合6个试验因素,以圆形硅质砂为试验材料,根据正交试验的设计原则进行了25种工况的MICP砂柱固化试验.检测了砂柱固化过程中反应前后Ca~(2+)浓度变化和固化后砂柱各部位的CaCO_3晶体含量,并采用SEM观测了砂柱内部CaCO_3晶体的微观形态.通过分析各个试验因素对Ca~(2+)利用率的影响,发现影响Ca~(2+)利用率的主要因素有菌液浓度、胶结液浓度和矿化反应时间,且菌液浓度越高,胶结液浓度越低,反应时间越长,Ca~(2+)利用率越高.菌液静置过程中存在细菌下沉现象,从而影响CaCO_3晶体的生成位置.固化砂柱内部CaCO_3晶体分布的研究结果表明,矿化生成的CaCO_3会随着砂土中的水流迁徙,浆液的流速越大,砂柱内部晶体的平均含量越高,且分布越均匀.SEM的观测结果显示,固化砂柱内部CaCO_3晶体以方解石为主,但胶结液浓度会影响晶体的尺寸大小.当胶结液浓度高于750 mmol/L时,CaCO_3晶体呈现堆叠式发展.当菌液浓度较高并且胶结液静置时间较短时,会出现球霰石的晶体形态.MICP固化砂土的强度随CaCO_3含量的增加而升高,但同时会受到晶体的分布以及大小等因素的影响.MICP固化砂土试验因素的优选结果为:菌液的OD_(600)值0.5～1.0,菌液静置时间3 h,胶结液浓度不高于500 mmol/L,浆液的流速与传输距离相关,胶结液的最优静置时间为使Ca~(2+)完全消耗.     

微生物矿化对黏土强度特性的影响

微生物矿化技术应用于浅层坡体固化有很强的优势,是一种环境友好、可持续发展的处理方法。利用球形赖氨酸芽孢杆菌属kp-22菌作为试验用菌诱导碳酸钙沉淀处理四川省地表黏土。采用不同浓度的菌液、氯化钙和尿素溶液对黏土处理后进行直剪试验,探讨微生物矿化对黏土强度特性的影响。研究结果表明,微生物矿化作用能明显增大黏土的抗剪强度;且菌液浓度越高,矿化效果越好。随着氯化钙浓度的提高,试样的强度先增大后减小,在氯化钙浓度为0.5~0.75 mol/L时达到峰值;在尿素浓度为0~1.0 mol/L的范围内,抗剪强度随尿素浓度的增加而增加;当氯化钙和尿素分别为0.75 mol/L、1.0 mol/L,菌液吸光值OD600为1.2时,抗剪强度达到最大值,矿化效率最高。建立了考虑菌液和CaCl2浓度的内摩擦角的经验关系,分析了强度变化的内部机理。     

工程弃土复配及再生砖性能试验

为处理日益增多的工程弃土，研究了不同来源工程弃土及其复配土作为再生烧结砖原料的可行性，测试了工程弃土的颗粒级配、化学组成、矿物组成、液限、塑限和塑性指数，再生砖的挤出成型、干燥和烧结结果，再生砖的密度、24h吸水率、抗压和抗折强度，使用SEM观察了再生砖的微观形貌.发现仅少数几种工程弃土可直接制备再生砖，但通过合理的复配可以将工程弃土的再利用率提升至100%.复配可调整弃土的颗粒组成和矿物组成，黏土矿物含量提高，复配土的可塑性提高，越容易挤出成型，但也易在干燥中开裂.黏土矿物含量大的工程弃土在烧结时产生较多的低共熔物，导致再生砖的孔隙率减小，密度和抗压、抗折强度增大，合理的复配可提高再生砖的抗压强度，增幅可达26.7%.最后提出利用工程弃土制备再生砖的快速识别并复配的方法，通过测试工程弃土的液限和塑性指数，或者颗粒级配和黏土矿物组成，快速识别未知工程弃土制备再生砖的可行性，并计算可行的复配配方.     

大豆脲酶诱导碳酸钙沉积技术的防风固沙试验研究

脲酶诱导碳酸钙沉积是一种新型的土体加固技术,该技术通过脲酶催化尿素水解,生成碳酸钙晶体,起到充填、胶结岩土材料的作用,本研究将该技术用于风积沙的表面固化,通过室内试验研究其效果和机理.脲酶从大豆中提取,与等量的氯化钙和尿素溶液混合后喷洒于试样表面,在试样表面形成薄层硬壳.通过测试试样的表面强度、风蚀率、保水性、渗透性和碳酸钙生成量,检验该技术的防风固沙效果.结果表明,经碳酸钙胶结形成的表层硬壳可以达到兆帕级强度,试样保水性较未处理试样提高了60%,风蚀率和渗透速率显著降低,生成碳酸钙含量约为0.6%.通过与仅喷洒盐溶液和仅喷洒酶液的试样对比,表明盐分和酶都具有一定的防风固沙效用,但胶结液可以综合两者的作用机理,且生成的碳酸钙使颗粒胶结更为耐久.     

原状土与冻融土物理力学性能差异性研究

研究了原状土与融土的密度、干密度、含水量、饱和度、孔隙比、塑限、液限、塑性指数、液性指数、渗透系数等物理指标。以及抗剪 强度,无侧限抗压强度、压缩模量等力学指标的差异性,并讨论了这些差异对工程设计的影响。     

野外模拟降雨条件下水土流失与养分流失耦合研究

降水是土壤侵蚀和养分流失的主要驱动力.本文利用野外模拟人工降雨试验,研究不同土地利用类型下水土流失和养分流失.结果表明:林地蓄水保土效果显著,初始产流时间在25m in左右,土壤侵蚀速率仅为裸地的8%.累积径流量和产沙量均与时间呈线性增加,关系为Y=aX-b,径流系数a表现为:裸地>撂荒地>草地>林地.径流和泥沙的迁移导致土壤肥力下降;泥沙结合态是养分流失的主要途径,其养分含量显著高于径流中养分浓度.与裸地的碳、氮和磷养分流失总量相比,撂荒地分别占47.9%、60.8%和46.1%,草地占22.5%、14.4%和17.4%,林地占1.4%、2.8%和2.6%.林地和草地水土保持效果显著,能有效减少养分流失,控制面源污染.     

一株碳酸钙矿化菌的分离与鉴定

基于微生物诱导碳酸钙沉积的岩土工程加固技术是一种环境友好的新技术.碳酸钙矿化菌是该技术应用的前提.为获得具有诱导碳酸钙沉积能力的菌株,采用选择性富集培养、平板分离方法从土壤中分离得到了一株具有尿素分解能力的菌株,细菌诱导产生的沉积物检测结果表明该菌株具有诱导碳酸钙沉积能力.通过形态学、革兰氏染色和16S rDNA序列同源性分析鉴定该菌株为巴斯德芽孢杆菌.     

微生物诱导碳酸钙沉淀提高红砂岩堆石料无侧限抗压强度的试验研究

为改善红砂岩堆石料的力学性能,采用巴氏芽孢杆菌诱导碳酸钙沉淀矿化技术加固红砂岩堆石料。对不同含石量的红砂岩堆石料进行无侧限抗压强度试验,并测定土体的抗压强度指标与碳酸钙产量来表征微生物改良堆石料效果,结合扫描电镜分析微生物改良堆石料的微观结构特征。结果表明：巴氏芽孢杆菌诱导碳酸钙沉淀改善红砂岩堆石料的抗压性能效果明显,经过恒温养护10 d矿化效率最高,土样由初期黏土的黏结作用转变为碳酸钙胶结作用,养护后期土样表现出更大的脆性特征;在一定含石量范围,微生物矿化产生的碳酸钙产量与含石量和养护时间呈正相关性,且抗压强度与碳酸钙产量呈正比关系,进一步表明碳酸钙胶结作用是试样抗压强度增大的主要因素;从SEM(scanning electron microscope)图像分析,高含石量堆石料为微生物提供更大生存繁衍和活动空间,微生物矿化生成碳酸钙晶体主要附着在土体骨架粗颗粒上和填充于颗粒间的孔隙,有效加强了土体颗粒间的胶结作用并增强了土体的力学性能。     

干湿循环增湿与脱湿过程中高液限粘土强度变化

对高液限原状粘土进行了增湿和脱湿两种不同干湿循环路径中不同含水量变化的高液限粘土快剪试验．试验结果表明,干湿循环增湿和脱湿过程中含水量的增加或减少对粘土抗剪强度具有较为相同的弱化或强化效应,具体表现为含水量的增加会导致高液限粘土的粘聚力呈近似幂函数形式衰减,内摩擦角呈近似二次函数形式衰减;对于相同的含水率,增湿和脱湿过...     

关于黄土高原丘陵沟壑区植被地貌演化与土壤侵蚀的复杂响应研究现状及趋势

对黄土高原丘陵沟壑区植被地貌演化与土壤侵蚀的复杂响应研究现状及趋势进行了系统分析。指出植被是影响生态环境质量的基本要素,且对土壤侵蚀与地貌演化具有重要的作用。针对目前黄土高原丘陵沟壑区植被分布现状,可以采用以空间代时间的研究方法对不同地貌特征、弃耕地的植被类型与群落特征进行调查。并运用人工降雨、径流场观测设施与野外观测资料与航片、地形图分析相结合,地貌演化与土壤侵蚀理论相交叉的研究方法,探讨植被自然演替规律、坡沟地貌演化与土壤侵蚀．坡沟地貌形态、水流特征对沟缘线地貌侵蚀演化的交互作用影响,揭示植被演替规律、坡沟地貌形态演化速率与土壤侵蚀的复杂影响机制。对于不断深化植被建设、地貌发育与土壤侵蚀理论的研究,为探索黄土高原植被建设、水土保持治理与决策提供科学依据．并具有重要的学术价值与实践意义。     

黄泛区粉砂土静力特性的试验研究

以河南开封地区粉砂土为研究对象,研究其静力特性,进行了固结试验、液塑限试验和直接剪切试验。试验结果表明,粉砂土的压缩系数为0.3 MPa-1,属中等压缩性土。粉砂土液限为15.3%,塑限为10.1%,塑性指数为5.2,属于含砂低液限粉土。粉砂土的内摩擦角为35.3°,黏聚力为7.5 kPa。并选取沙漠地区风积沙,及豫东平原区和南京地区广泛分布的黏性土为代表,与研究中黄泛区粉砂土的静力特性做比较。     

宁杭高铁不同乔木覆盖下侵蚀强度季节差异

高铁线路边坡具有跨度大、跨地貌多、治理耗时长的特点,以宁杭高铁江苏段为例,宁杭高铁已正式运营7年,自然恢复条件下土壤流失现状的调查和研究可以为水土流失的综合治理提供指导意见。对2018年3月—2019年2月典型样地土壤抗冲性、抗剪性、土壤理化性质、侵蚀强度进行了季度监测。选取4处扰动后的缓地样地,以及相邻处的原状样地,样地植被类型主要为刺槐(Robinia pseudoacacia L.)、马尾松(Pinus massoniana Lamb.)、榉树(Zelkova serrata(Thunb.)Makino)、女贞(Ligustrum lucidum),研究表明:①全量元素和有机质变化趋势呈现春夏渐增、秋冬渐衰的趋势。马尾松、刺槐养分水平较高,女贞、榉树养分水平偏低,但养分含量稳定性较优良;②抗冲刷指数与抗剪性指标全年变化趋势为春夏季下降,秋冬季上升,马尾松和刺槐林分抗冲抗剪性较为优良;③夏季土壤侵蚀强度高于春季、秋季、冬季,马尾松和刺槐林分土壤侵蚀强度较小;④土壤含水率、降雨量、降雨强度、全磷含量、抗冲刷系数、抗剪性、草本植被覆盖度和土壤侵蚀强度具有较强的相关性,降雨强度、含水率和日最大降雨量、有机质、覆盖度、抗剪性和抗冲刷系数对土壤侵蚀的贡献率较高。     

微生物灌浆加固砂土堤岸研究进展

随着海岸侵蚀和海岸线后退,人类的生存和生活环境遭到威胁。目前常用的海岸防护措施极易遭到自然灾害破坏,不经济、不环保且耗费大量维修费用,而微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术可以显著改善土体强度、刚度、渗透性及抗液化性能,并且相比于传统土体改良工艺,其绿色环保、环境友好型特点更加符合可持续发展理念,在砂土体加固领域有着非常广阔的工程应用前景。系统地总结了国内外关于微生物法加固砂土堤岸的室内及现场试验研究的最新成果,并对微生物固化土体的力学特性进行了研究论述。     

砂柱微生物注浆的水力渗透性质试验研究

为了有效实现防渗堵漏,对砂柱微生物注浆的水力渗透性质进行试验研究。砂柱微生物注浆采用巴氏芽孢杆菌菌种,向试验装置中注入胶结液与菌液,静置完成微生物注浆。对实际工程问题物理模型进行简化处理,构造满足工程特性的数学模型,对模型赋予参数、初始条件及边界条件,为砂柱微生物注浆水利渗透性质试验提供依据。构造均质高孔隙率砂岩非稳定达西渗流数学模型,计算可体现砂柱微生物注浆水力渗透性质的孔隙率与渗透率。将已有实验结果和数值模拟结果进行比较,对数值模型合理性进行验证。通过观察孔隙率与渗透率对砂柱微生物注浆的水利渗透性质进行试验分析。结果发现,砂柱微生物注浆可降低砂柱孔隙率与渗透率,提高砂土水力渗透性质。