盐溶液环境下微生物固化技术加固钙质砂的试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(microbial induced carbonate precipitation,MICP)技术已被广泛应用于土体加固,但在海水环境和盐化土环境下的应用较少且没有形成完整的系统.利用NaCl配置不同浓度的盐溶液,并采用尿素水解菌,在不同浓度的盐溶液环境下进行了MICP的细菌活性试验、水溶液试验和一维砂柱加固试验.结果表明,水溶液试验中,在NaCl存在的环境下碳酸钙的产率比无NaCl环境下显著降低,且NaCl溶液的浓度越高,碳酸钙的产率越低;砂柱试验中,加固后砂样的无侧限抗压强度随NaCl浓度的提高而降低,在低浓度环境下,无侧限抗压强度降低的幅度较大,当NaCl溶液达到一定浓度后,无侧限抗压强度降低的幅度较小;细菌活性试验表明,细菌活性随NaCl溶液浓度的提高而快速衰减是碳酸钙产率和砂柱的无侧限抗压强度快速降低的原因.研究结果表明:微生物胶结技术在加固海相土和盐化土等方面具有可行性,在工程应用中具有广阔的前景.     

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.     

微生物固化含黏粒花岗岩残积土的强度机理研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)可以改善花岗岩残积土的工程力学特性,但其固化效果受黏粒含量的影响较大。在花岗岩残积土中掺加不同黏粒进行MICP固化试验,对固化后的土样测定其碳酸钙含量,并进行无侧限抗压强度试验,研究不同黏粒含量对固化效果的影响。在此基础上,开展了固化后试样的核磁共振试验(NMR),从细观角度研究黏粒含量对花岗岩残积土的固化机理。结果表明：微生物固化土样的强度主要包括土体骨架强度和碳酸钙胶结强度两部分,前者受土体自身孔隙率影响,后者则通过碳酸钙晶体的沉积量影响固化土样的强度;随着黏粒含量的提高,试验土样内孔隙率缩小,碳酸钙的沉积量也随之减小,固化后的强度提高不明显;掺加适量的红黏土(最优黏粒含量为60%),在不改变土样其他性能条件下可以获得较高的固化强度。     

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.     

水土化学作用对土体抗剪强度的影响

基于离子效应,以改良路基土体为目的,对土样、水样和粉煤灰的复合体进行室内水化学试验、土体物理力学常规试验和直剪试验,并从水化学的力学效应、水化学、指标线性回归和路基土的改良效果4个方面对土体抗剪强度的水土作用机制进行统计分析。研究结果表明:含水土体的Ca2+,HCO3-,K+和Na+等浓度对土体的原始黏结力和固有黏结力有明显的减弱效应,而NO3-和Cl-质量浓度对其影响较弱;内摩擦角随离子质量浓度的变化离散性很大;K+,Na+,Ca2+和HCO3-浓度以及总矿化度、硬度与黏结力有很好的线性相关性,然而,它们与内摩擦角的相关性较差;当粉煤灰掺入量为10%左右时,对路基土的改良有显著效应。     

巨大芽孢杆菌改良邯郸强膨胀土试验研究

膨胀土是一种分布广,对环境的湿热变化敏感的高塑性黏土,容易产生胀缩裂隙;为降低膨胀土的自由膨胀率,提高其抗剪强度,利用巨大芽孢杆菌诱导方解石沉积(MICP)技术,搭配不同的固结溶液对膨胀土进行固化改良室内试验.通过5组自由膨胀率试验筛选出了两组效果最明显的改良组合:巨大芽孢杆菌+1.0 M胶结液(CaCl_2+Urea)的混合溶液、巨大芽孢杆菌+1.0 M CaCl_2的混合溶液.通过三轴剪切试验和三向膨胀力试验研究了改良前后土样的自由膨胀率、抗剪强度和膨胀力.结果表明,对比于未改良的重塑膨胀土,改良后的膨胀土表现出来的各项参数均有不同程度的改善.其中,巨大芽孢杆菌+1.0 M CaCl_2溶液改良组膨胀土自由膨胀率下降了85.4%,内摩擦角提高了5.2%,黏聚力提高了11.5%,垂直方向膨胀力下降了20%、水平方向膨胀力平均下降23%;巨大芽孢杆菌+1.0 M胶结液(CaCl_2+Urea)的混合溶液改良组膨胀土自由膨胀率下降了87.7%,内摩擦角提高了18.5%,黏聚力提高了32.1%,垂直方向膨胀力下降了29%、水平方向膨胀力平均下降了32%;巨大芽孢杆菌和胶结液复合改良强膨胀土的方法是可行的.     

基于纤维聚合物改良的粉土力学特性与微观结构演化

为了研发新型、高效、环境友好的粉土加固材料,采用再生聚酯纤维与无机固化剂对路基粉土进行了改良,开展无侧限抗压强度试验、加州承载比（California Bearing Ratio,CBR ）试验、回弹模量试验及扫描电镜（Scanning Electron Microscope,SEM ）测试,分析改良粉土的力学特性与微观结构演化,结果表明：路基粉土的路用性能可由再生聚酯纤维与无机固化剂有效提高,在经过28天的养护后,改良粉土的回弹模量大于40 MPa,98%压实度下,掺入0.2%纤维改良土的CBR值达到45%;改良粉土最大无侧限抗压强度值可达到约900 kPa,对于路基粉土,可再生聚酯下纤维的最优掺量约为0.2%;改良土颗粒间孔隙得到胶结物质不同程度的填充,土体中相互交错分布的纤维能最大程度地抑制纤维土裂隙发展。     

微生物诱导碳酸钙沉淀胶结加固泥岩试验研究

在水环境作用下,泥岩容易发生软化、崩解等现象,应用微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术处理重塑泥岩试样。研究了试样颗粒粒径、制备方式及MICP处理方式对碳酸钙沉淀物的影响,探讨了MICP方法治理泥岩稳定性的可行性。基于X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、X射线能谱分析（EDS）、直接剪切等试验测试胶结试样,分析了胶结试样微观结构及力学性能的变化。结果表明,选用直径为1mm的30g、0.5mm的45g、0.25mm的20g制备重塑泥岩环刀样,在相同浓度营养盐条件下采用一次浸泡菌液的方式可以在试样中形成方解石型碳酸钙晶体;碳酸钙晶体沉积在颗粒接触处或填充在孔隙中形成“胶结桥”,产生胶结效果而增强试样的力学性能;不同垂直压力下胶结试样强度逐渐增加而趋于稳定值,表现为应变硬化的特征,黏聚力与内摩擦角分别提高288%、8.66%,说明微生物胶结泥岩具有较好的应用价值。     

采用MICP加固不同掺砂比例粉土的试验研究

针对微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)处理对象多为单一级配土体的现状，开展颗粒级配对MICP加固效果影响的试验研究.通过在粉土中掺入不同比例的标准砂来配置5种不同级配的土样.选用巴氏芽孢杆菌作为微生物，尿素和氯化钙作为胶结液来进行MICP处理.由于制样的密实程度会影响加固效果，将每种级配试样的干密度控制为5个水平.通过试验研究掺砂比例、密实水平等对加固效果的影响.结果表明：试样经过MICP处理得到了整体加固，在粉土中掺入一定比例砂土有助于提高水稳定性.掺砂比例和密实水平对CaCO₃生成量和无侧限抗压强度都有影响.在粉土中掺入适量的砂土颗粒有利于提高加固强度；但当砂土掺量过高时，对加固效果有不利影响.增加制样干密度在一定程度上有助于获得更高的强度，但加固强度并不完全取决于初始干密度或孔隙比.     

镁的引入对微生物加固砂土试验影响

微生物沉积碳酸盐技术（MICP）是土木工程领域中一种新型的地基处理技术,该技术主要通过微生物诱导产生的碳酸盐沉淀胶结砂土颗粒,从而提高其力学性能。目前,MICP加固过程中Ca2+作为生成CaCO3沉淀的主要来源,但是对其他金属离子和矿化产物以及矿化产物之间结合作用的相关研究较少。本文选取了6种不同的Mg2+/Ca2+摩尔比工况,通过碳酸盐沉淀试验和无侧限抗压强度试验,分析了MICP技术处理砂土影响的效果。利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪,初步探讨了微生物固化砂土的机理。结果表明,随着Mg2+/Ca2+摩尔比的增加,固化后砂样的碳酸盐含量降低;较低Mg2+/Ca2+的摩尔比提高了其无侧限抗压强度;在Mg2+/Ca2+=0.1/0.4时,砂样的强度获得最大值;但较高Mg2+/Ca2+的摩尔比抑制了碳酸盐的析出,降低了其强度;随着镁/钙摩尔比的增大,矿物成分含有方解石、球霰石和镁方解石等各种混合物,矿物成分发生了变化。     

碳纤维微生物固化砂力学性能及颗粒形状分析

微生物诱导碳酸钙沉淀（Microbial Induced Carbonate Precipitation,简称MICP）技术已被广泛应用于土体加固。纤维的加入可以降低微生物固化砂土的脆性,但从颗粒形状方面探究掺碳纤维微生物加固砂土的力学特性还未成体系。因此,本文采用不同含量的碳纤维掺入硅砂和钙质砂中,利用无侧限抗压强度试验、SEM电镜扫描和光学显微镜试验,研究了碳纤维掺量及颗粒形状对MICP固化砂土的影响。试验结果表明：碳纤维的加入可以有效提高微生物固化砂土的无侧限抗压强度,随着纤维掺量的增加先增大后减小,纤维在硅砂和钙质砂中的最优掺量分别在0.1%~0.3%和0~0.2%之间取得。纤维的加入增加了细菌的滞留从而增加了颗粒间碳酸钙的生成,从而表现为添加纤维后的试样无侧限抗压强度普遍高于未添加纤维的试样。且因硅砂的圆度低于钙质砂,粗糙度高于钙质砂,说明硅砂整体咬合力与内摩擦力高于钙质砂,总体上表现为硅砂的无侧限抗压强度普遍比钙质砂高。     

石灰掺量对分散性土工程性质的时效影响分析

为研究不同石灰掺量和龄期对新疆某地分散性土长期力学性能的影响,通过改性研究和力学性质试验,探讨不同石灰掺量和龄期下改性土的变形与强度变化规律。结果表明：随石灰掺量增加,分散性抑制效果越好,最大干密度逐渐降低,内摩擦角增大,黏聚力和无侧限抗压强度先增大后减小,压缩系数先减小后增大,最后趋于稳定；随龄期延长,压缩系数减小,黏聚力、内摩擦角和无侧限抗压强度增大。当石灰掺量为3%时,分散性土改性为非分散性土,无侧限抗压强度达到峰值,龄期为3d、28d时,其强度提高48.24%、252.74%；当掺量为5%时,黏聚力取得极大值,龄期3d和28d的改性土黏聚力分别增加14.67%、50.05%。龄期越长,强度越高,改性土越脆,适应变形能力减弱。     

加筋长度和加筋率下的稻草加筋土强度特征

为了解决由盐胀和溶陷导致的盐渍土低强度和大变形问题,依据抗压实验和三轴压缩实验,研究6种加筋长度和5种加筋率下的稻草加筋滨海盐渍土的抗压强度、抗剪强度和抗变形性能。结果表明,直径50 mm抗压试样的适宜加筋率为0.2%,适宜加筋长度为15 mm,直径61.8 mm三轴压缩试样的适宜加筋率为0.2%,适宜加筋长度为20 mm,这2种条件下加筋土的强度值最高、抗变形性能最优。加筋大幅提高了土的黏聚力,但对土的内摩擦角影响很小,只有在加筋土达到一定的轴向应变时,稻草的加筋作用才能发挥出来。     

石灰改良膨胀土击实样膨胀特性和力学性质试验研究

本文以宁淮高速公路淮安段膨胀土填料为研究对象,通过室内试验研究石灰改良膨胀土作为路基填料的膨胀性和力学性质。在天然膨胀土2%石灰砂化的基础上,制备不同初始含水率与压实度的石灰改良土,进行不同养护龄期的有荷膨胀率和强度特性试验。试验结果表明:石灰改良土线膨胀率和膨胀力均有大幅度的降低,且随含水率和养护龄期保持减小趋势、随压实度保持增大趋势;石灰改良土无侧限抗压强度、黏聚力、内摩擦角均有一定程度的提高。因此,石灰改良膨胀土作为路基填料的施工工艺在工程中是可行的,为膨胀土改良方案选择以及膨胀土地区公路路基设计和现场施工提供科学依据和参考。     

微生物与水泥固化南海珊瑚砂的强度及微观特征对比试验

近年来微生物诱导碳酸钙沉积技术（MICP）在土体加固领域受到广泛关注，但对MICP技术和水泥固化珊瑚砂的力学特性对比研究尚不充分。为了对比MICP珊瑚砂砂样和珊瑚砂水泥砂浆试样的力学特性，本试验分析了两者的破坏形式和应力应变曲线，并通过SEM试验比较了两者的微观结构。试验结果表明:当试样内部碳酸钙/水泥含量少于15%时，MICP试样的无侧限抗压强度要显著高于水泥砂浆试样，尤其是碳酸钙含量为5.3%、7.7%、9.1%时，MICP试样的无侧限强度为相应水泥砂浆试样强度的200%以上；当碳酸钙/水泥含量高于15%时，二者强度差值在5%以内。同时，MICP试样和珊瑚砂水泥砂浆试样的微观结构存在明显差异性。     

磷尾矿改良合肥膨胀土强度试验研究

以合肥某公路工程膨胀土为原材料,在保持含水率和干密度不变的情况下,将磷尾矿按不同质量比掺入膨胀土中,对改良后土体进行无荷膨胀率、无侧限抗压强度及三轴压缩试验。试验结果表明,随着磷尾矿掺量的增加,改良土的膨胀率逐渐降低,磷尾矿可有效减小膨胀土的膨胀性;主应力差峰值随着磷尾矿掺量的增加,呈现先增大后减小的趋势,在掺量为6%时,抗剪强度达到最大;黏聚力随着磷尾矿掺量的增加而减小,内摩擦角先增大后减小。     

石灰、粉煤灰改良膨胀土性质机理

在分析石灰、粉煤灰混合料改良膨胀土化学机理的基础上，通过膨胀土及其改良土的性质与强度特性试验，得到了石灰、粉煤灰混合料在改良膨胀土中的最佳添加量；发现改良膨胀土的液限、塑限比膨胀土的大，膨胀土的应力-应变曲线呈应变硬化型，改良膨胀土的呈软化型，改良膨胀土的粘聚力比膨胀土的大，而内摩擦角反而小；还发现膨胀土的自由膨胀率随石灰量的增加而减小，无侧限抗压强度随石灰量的增加而增大。     

稻壳灰改良盐渍土力学特性及抗冻性的研究

在西北季节冻土区广泛分布着盐渍土,其在空间分布上连续性差,工程性质极其不稳定;且浅层盐渍土受冻融作用的反复影响,其力学性质长期处于动态的变化之中,给工程设计与建设带来了极大的挑战.鉴于此,通过压缩试验及无侧限抗压强度试验,研究稻壳灰对盐渍土的改良效果.结果表明,稻壳灰可以显著地改善盐渍土的压缩特性,并提高其无侧限抗压强度,且改良土的压缩系数与抗压强度之间呈现出负相关的线性关系.随着掺灰量和养护龄期的增加,改良土的压缩系数不断减小,无侧限抗压强度呈现出不断增加的趋势,最大可增加4倍左右.以抗压强度损失率为指标对改良土的抗冻性进行了评价,发现改良土的抗冻性随着掺灰量的增加呈现出先增强后减弱的趋势,且在15%的掺灰量时,其抗冻性效果最显著;相对而言,养护龄期对于改良土的抗冻性影响较小.     

玉米须加筋微生物固化淤泥的抗剪强度试验研究

为了研究纤维与MICP技术共同固化淤泥的抗剪强度特性,采用掺量为0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%玉米须纤维或碳纤维与MICP共同固化淤泥,对固化体进行直剪试验,借助扫描电镜,从微观的角度探讨了固化机理。结果表明:单掺纤维或利用MICP技术均可以提高固化体的抗剪强度,而MICP与纤维共同作用得到的固化体抗剪强度提高幅度更加显著。随着纤维含量的增加,固化体的粘聚力和内摩擦角先增加后减小,最佳纤维掺量为0.6%,纤维种类对内摩擦角影响无明显区别。由扫描电镜分析可知:纤维发生桥联作用将碳酸钙与土颗粒连接为一个整体,提高了土体抗剪强度;玉米须纤维较碳纤维表面更加粗糙且分散性好,体现出玉米须纤维加筋效果更好。