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...     

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 m...     

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.     

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.     

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.     

磷酸镁水泥固化铜污染土的工程特性

为研究不同水泥固化重金属污染土的处理效果和工程特性,取掺重金属铜的高岭土作为研究对象,考虑磷酸镁水泥(magnesium phosphate cement,MPC)掺量、养护龄期、初始铜离子浓度三种因素,研究了MPC固化后重金属铜污染土的固化效果及特性.基于无侧限抗压强度试验和扫描电镜试验,分析了三种因素对固化铜污染土的强度和微观结构的影响,并得到固化土抗压强度与内部孔隙所占百分比之间的关系.无侧限强度试验结果表明,MPC固化铜污染土的效果显著;随着MPC掺量的增多和养护龄期的增长,固化土的抗压强度增大;随着初始铜离子浓度的增大,固化土的抗压强度减小,且当污染土中铜离子浓度过高时,固化效果降低.微观试验结果表明,固化过程中既有物理包覆又有化学反应,随着MPC掺量的增多、养护龄期的增长,固化土的孔隙百分比降低,结构变得更加致密,随着初始铜离子浓度的增大,孔隙所占百分比增大,土体结构变得疏松,固化土体强度降低.     

改良微生物诱导碳酸钙沉淀技术加固粉性土力学性能

微生物诱导碳酸钙沉淀技术(microbially induced calcite precipitation,MICP),是近年来在国内兴起的一项多学科交叉的技术,工程技术人员将它引入到土木工程中,使得土体各项性能得以改良;黄河中下游的粉性土水稳定性差,毛细水作用大,干燥时强度高但潮湿时强度显著下降,利用MICP技术加固粉性土值得研究.以粉性土为研究对象,首先研究了不同糯米浆浓度下土样的力学性能,以最优糯米浆浓度作为改良材料对MICP技术进行改良;其次控制胶菌质量比为2∶1,研究了不同胶结液浓度下MICP技术的产碳酸钙量以及Ca2+转化率,得出MICP技术的最佳配比,结合最优糯米浆浓度形成改良MICP技术;最后研究了素土、MICP加固土、改良MICP加固土土样养护7d后的力学性能.研究表明:土样最优糯米浆浓度为3％,此时土体无侧限抗压强度与内摩擦角达到最大;MICP技术最佳配比为2:1胶菌质量比、0.5 mol/L胶结液浓度,此时产碳酸钙量最多且Ca2+转化率在80％以上,添加3％糯米浆浓度的改良MICP技术Ca2+转化率在90％以上,比MICP技术高10％;通过土的直接快剪试验和无侧限抗压强度试验,MICP加固土的黏聚力提高了约30％,内摩擦角变化不大,改良MICP加固土的黏聚力提高了约50％,内摩擦角提高了约17％.     

微生物注浆固化粉土的微观结构与作用机理

【目的】确定微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术注浆固化吹填粉土的强度效果,明确其微观控制因素与固土作用机理,为微生物固土技术应用于处理吹填粉土提供理论参考。【方法】通过不同注浆轮次微生物注浆固化吹填粉土,采用无侧限抗压试验、X射线衍射分析、扫描电镜分析、压汞分析以及化学分析等方法,比较微生物注浆固化处理吹填粉土的强度、矿物成分、胶结CaCO₃含量、土体微观形貌和土体孔径分布等差异。【结果】 对吹填粉土先后恒压注入A₆₀₀=1.2的巴氏芽孢杆菌和0.1 mol/L的CaCl₂与尿素胶结溶液1～6轮后,其无侧限抗压强度较未处理土分别提高26.8%、33.0%、36.4%、39.6%、59.8%、61.8%,强度随注浆轮次的增加而增加; 微生物固化吹填粉土中的主要胶结物为方解石型CaCO₃,其在土体内部起到胶结土颗粒与填充孔隙两方面作用,微生物注浆固化粉土强度随CaCO₃含量增加而增加并存在敏感阈值,当固化粉土中的CaCO₃含量超过阈值时,固化效果会显著提升,不同粉土的阈值存在差异; 微生物注浆加固改变了吹填粉土的孔隙分布,直径10～300 μm的孔隙显著减少,对10 μm以下细小孔隙影响不大。【结论】采用微生物注浆方式固化吹填粉土是有效的。微生物注浆固化粉土的强度形成受其微观胶结结构与CaCO₃含量影响,吹填粉土的孔隙尺寸能够与巴氏芽孢杆菌的菌体尺寸相容,微生物注浆会显著减少吹填粉土中10 μm以上的孔隙。     

钢渣-水泥固化Cd污染土的强度特性研究

利用钢渣-水泥胶凝系统固化Cd污染土,通过室内试验,研究不同钢渣-水泥掺量、不同Cd~(2+)浓度以及养护龄期对固化土体的强度及变形的影响。结果表明:1固化土体的无侧限抗压强度随养护龄期的增加而增长,且在7~28 d之间强度增长迅速;2掺入钢渣-水泥后,固化土体的强度显著增长,并在掺量为30%时强度最大,变形较小;3 Cd~(2+)浓度对固化土体也有影响,当Cd~(2+)浓度为0.2%时,固化后土体的强度较之其他浓度大。     

微生物诱导碳酸钙沉积技术中的胶结液配方试验研究

为了提高MICP加固土体的CaCO_3的产率,利用水溶液环境下的试验,通过控制营养肉汤浓度、氯化钙与尿素溶质浓度比和胶结液浓度,进行了三种因素的水溶液影响试验.测试对比了水溶液试验过程中CaCO_3生成情况、NH_4~+、Ca~(2+)变化规律等.研究结果表明:在水溶液试验中,CaCO_3生成量随溶液中营养肉汤浓度的提高而逐渐提高;高氯化钙浓度(1.0 mol/L)情况下尿素过量不利于尿素水解与CaCO_3沉积;低氯化钙浓度(0.25、0.5 mol/L)情况下尿素过量在反应后期加快反应;不同胶结液浓度对CaCO_3最终生成量没有明显影响.     

水泥砂浆固化土抗压强度特性试验

为论证水泥砂浆固化土工程应用的可行性,通过设置不同掺砂量、含水率、砂料粒径和养护龄期条件,对水泥砂浆固化土进行无侧限抗压强度试验.试验结果表明:(a)掺砂可提高水泥砂浆固化土的抗压强度,尤其是早期强度.一定水泥掺入比条件下,当掺砂量处于最优掺砂率(10％左右)时水泥砂浆固化土的强度特性改善幅度最大,掺砂量超过最优掺砂率后水泥砂浆固化土的抗压强度无显著提高.(b)水泥砂浆固化土的抗压强度随原料土含水率的增加而减小,当原料土的含水率较低或养护龄期较短时,水泥砂浆固化土的抗压强度下降幅度均较大,当含水率较高时水泥土掺砂难以达到预期的固化效果.(c)砂料粒径变化对水泥砂浆固化土的抗压强度影响较小,水泥砂浆固化土强度随着粒径的增大略有提高;砂料粒径变化对水泥砂浆固化土变形系数的影响较大,两者近似成正比关系,在实际工程中无需对砂料进行筛分而直接运用即可获得较好的处理效果.(d)水泥砂浆固化土无侧限抗压强度试验的破坏模式多为脆性张裂破坏和塑性剪切破坏.随着养护龄期的延长以及掺砂量的增加,脆性张裂破坏更为显著.     

植物脲酶诱导碳酸盐沉淀改良土体研究进展

酶诱导碳酸盐沉淀(EICP)改良土体是岩土工程领域的新兴热点技术,全面总结梳理EICP改良土体的研究现状,优选关键技术参数,并对EICP的未来发展提出了展望。建议制定植物脲酶促沉碳酸钙改良土体方法标准,对植物脲酶的保存方法、EICP改良土体在特殊环境条件下的长期性能开展研究。研究结果表明：EICP能够显著提高土体的性能,无侧限抗压强度最高可达3 MPa,抗风蚀能力可达29.1 m·s^-1,表面贯入强度可达1.065 MPa,渗透系数降低率可达98.2%,重金属离子质量分数降低率可达99.96%。     

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.     

水泥固化粉质土的无侧限抗压强度预测

对以粉质土为原料的水泥固化土进行了不同水泥掺入比、水灰质量比、龄期的系列试验.水泥掺入比相同时,水灰质量比越大,水泥固化粉质土的无侧限抗压强度越低;水灰质量比相同时,水泥掺入比越大,水泥固化粉质土的无侧限抗压强度越高,同时得出了水泥固化粉质土的无侧限抗压强度与似水灰质量比的倒数呈现线性关系,对于某一原料土,最大似水灰质量比是一个常值.基于似水灰质量比概念研究了水泥固化粉质土的强度预测方法,在28 d龄期下,已知在某一水泥掺入比和水灰质量比的条件下的水泥固化粉质土的无侧限抗压强度值,即可用该方法预测其他龄期、水泥掺入比、水灰质量比条件下的水泥固化粉质土的无侧限抗压强度;水泥固化粉质土最大似水灰质量比尺.与粉质土液限%,的关系不能用已有的经验关系式表示,其变化规律与已有的经验关系式给出的规律相反.     

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,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。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大而增大;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。     

矿渣-钢渣-脱硫石膏-水泥稳定粉土的强度及固化机理

采用矿渣、钢渣、脱硫石膏和普通硅酸盐水泥联合制备固化剂,对黄河冲积粉土进行改良固化,在提高工业废渣资源化利用的同时,以期解决黄河冲积粉土强度低、水稳性差等路基工程应用难题。首先,基于无侧限抗压强度试验、水稳性试验和干湿循环强度试验探究固化剂掺量和养护龄期对固化粉土强度的影响规律,确定固化剂的最优掺量;其次,针对最优固化剂掺量的固化粉土,开展不同龄期固化粉土的渗透性试验,同时结合核磁共振测试、矿物成分分析以及电镜扫描,揭示固化粉土的矿物成分及微观结构的演化规律。研究结果表明：矿渣-钢渣-脱硫石膏-水泥固化粉土的最优掺量为干燥粉土质量的10%;固化粉土的水化产物主要为水化硅酸钙凝胶(C-S-H)和钙矾石晶体(AFt);水化产物的粒间胶结和填充作用使土颗粒间形成致密结构,增强了固化粉土的力学强度、水稳性和抗渗性能。     

木质素磺酸钙改良粉土抗硫酸盐侵蚀性能研究

粉土是路基工程中常见的土体填料，其结构性差，在硫酸盐侵蚀环境下易受到侵蚀.为改善粉土的抗硫酸盐侵蚀性能，采用木质素磺酸钙来加固土体，通过无侧限抗压强度与抗硫酸盐侵蚀试验，分析木质素磺酸钙掺量、养护龄期和硫酸盐环境下浸泡天数对改良粉土无侧限抗压强度的影响.结果表明：改良粉土的无侧限抗压强度随木质素磺酸钙掺量的增加先增大后减小，随养护龄期的增长逐渐提高.其他条件相同下，当掺量为5%养护龄期为28 d时，试样的无侧限抗压强度最大为394.6 kPa,是未处理粉土的5.46倍.同时，此时改良粉土的抗硫酸盐侵蚀性能最好，在硫酸盐环境下浸泡28 d后改良粉土的无侧限抗压强度是侵蚀后素粉土的4.9倍.SEM试验结果表明，掺入适量木质素磺酸钙可对土体内部孔隙进行填充，使土体强度、抗硫酸盐侵蚀性能增强.     

微生物破胞酶液用于粉质砂土固化的研究

粉粒较小的孔隙体积以及较大的比表面积限制了细菌在土体中的迁移,影响到了微生物固化技术处理粉质砂土的效果.在原有微生物固化技术的基础上进行了改良,利用超声波将细菌破碎后再进行土体的加固处理.开展了尿素水解细菌的破胞、破胞酶液的活性测定、穿透试验、粉质砂土处理试验等一系列试验.证明了破胞后溶液的脲酶活性发生了显著的提升,按照1∶3的常用体积比,破胞酶液在48 h内即可将0.5 mol/L的尿素完全反应,破胞酶液用于固化处理是可行的.对于15%粉粒含量的粉质砂土,破胞酶液相比于原细菌有着更强的穿透性和更均匀的处理效果,可以处理更深层的土体.微生物破胞酶液在粉质砂土土体改良、砂土地基防液化等方面有着广阔的应用前景.     

木质素改良粉土无侧限抗压强度特性

为了研究木质素改良粉土的力学性能,通过无侧限抗压强度试验和扫描电镜试验研究了木质素改良土的无侧限抗压强度,分析了木质素掺量、养护龄期、孔隙率及骨架孔隙比的影响.研究结果表明：改良土的无侧限抗压强度随木质素掺量的增大呈先增大、后减小的趋势,随着养护龄期的增大呈逐渐增大的趋势;建立了双曲线模型,预测改良土的无侧限抗压强度与养护龄期、木质素掺量的关系;在粉土中因添加木质素而生成的胶结物质改变了粉土的孔隙率和骨架孔隙比,改良土无侧限抗压强度随着骨架孔隙比的增大而减小;木质素掺量为8%时,孔隙率和骨架孔隙比达到最小值,而无侧限抗压强度达到最大值.     

复合土壤胶结料的性能试验研究

通过大量的室内实验,分析讨论了复合土壤胶结料材料的性能,以及掺量、固化对象、养护条件等因素对材料性能的影响,并对比分析了胶结料固化土和水泥土的抗压强度及微观结构.研究结果表明:复合土壤胶结料与土壤拌合后,发生水化作用并形成具有胶凝性的水化产物使土粒固结,形成板体结构.复合土壤胶结料具有较强的适应性、较高的固结强度和良好的水稳定性.