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.     

微生物诱导碳酸钙加固砂土的尺寸效应

采用尺寸不同的2组模型槽,进行微生物诱导碳酸钙(microbial induced calcite precipitation, MICP)的注浆试验,通过比较加固效果,研究MICP试验中的尺寸效应.试验结果表明:试件的尺寸对MICP试验加固效果影响较大,模型槽尺寸较大时,其无侧限抗压强度和CaCO_3含量均大于小尺寸试件,加固效果更加显著;较大尺寸的模型槽试验中,液体具有更多的有效渗透路径,从而使菌液和胶结液能够更充分地与砂土结合、反应,故MICP试验中的CaCO_3生成量增多,使颗粒间胶结得越牢固,砂样的整体强度越高.     

微生物诱导碳酸钙沉积加固土体的注浆方法

为了探讨微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)在实际工程中的应用方法,尝试注浆管MICP加固土体,即在土体中插入不同分布密度注浆孔的注浆管,将菌液和胶结液通过注浆管注入土体中,从而形成加固体,并通过对比试验,研究注浆管MICP的加固效果。试验结果表明,经过注浆管MICP处理,能形成完整的且强度较高的固化砂柱,并且固化砂柱的强度比较均匀。     

基于兼性厌氧菌MICP技术的尾砂再造充填体试验研究

提出一种利用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术的胶结尾砂方法，利用兼性厌氧菌在密封养护条件下胶结尾砂，解决利用好氧菌无法在缺氧或无氧环境下使用的问题.采用控制变量法对利用兼性厌氧菌MICP技术胶结尾砂试验的影响因素进行探究，研究了菌液浓度、胶结溶液浓度、尾砂粒径和养护温度对胶结效果的影响.结果表明:当菌液的OD₆₀₀为1、胶结溶液中醋酸根离子浓度为0.6mol/L、尾砂为多种不同粒径的尾砂混合体、养护温度为30℃时，胶结效果最佳；兼性厌氧菌的MICP技术具有胶结尾砂的潜力，为替代水泥作为尾砂胶结材料提供了有效途径.     

模拟海水环境下MICP固化滨海粉细砂的试验研究

在模拟海水环境下采用微生物固化法来加固滨海粉细砂,并通过无侧限抗压强度试验、碳酸钙含量试验和微观结构分析,研究了尿素浓度对MICP固化滨海粉细砂砂柱的影响,同时对比分析了淡水环境下MICP固化粉细砂的效果.研究结果表明:在海水环境下MICP技术固化滨海粉细砂是有效的,砂柱试件的无侧限抗压强度与碳酸钙含量随着尿素浓度的增...     

MICP拌和固化钙质砂一维固结试验

该文通过一维固结压缩试验,研究基于微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术拌和固化岛礁钙质砂,并改善其压缩特性。总结了完全不同于石英砂的钙质砂的压缩特性;固化试验研究中考虑了粒径级配、相对密度以及反应液浓度对钙质砂压缩特性的影响。试验结果表明:尽管拌和固化钙质砂所用菌液和反应液的用量很小,但是固化后的钙质砂的压缩特性仍有较大改善,压缩指数平均降低了约0.10;固结压缩曲线e-lgp呈现2或3个明显直线段;固化效果受土体粒径级配和相对密度的影响,高浓度反应液更有利于土体压缩性的降低。     

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。     

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.     

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.     

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.     

注浆管法在微生物诱导碳酸钙沉积 加固土体中的应用研究

目前,微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)在加固土体方面采用最多的方法是分步注浆法,现有的改进方法基本上是顶部注浆、底部注浆、间歇注浆、连续注浆等.通过继续改进分步注浆法,提出了一种新的注浆方法,即向土体中插入带有均匀小孔的注浆管,接着菌液和胶结液通过注浆管小孔自然渗透于土体中,最后形成加固体.通过两个模型槽对比试验,研究MICP技术在三维注浆下进行土体加固的方法,以及该新型注浆方式的可行性及加固效果,并分析了该注浆方法所能加固的影响范围.试验结果表明,经过14 d的处理后,采用这种新的三维MICP注浆方法能形成完整的且强度较高的固化砂柱.在砂柱的最上端试样强度最高,达到1 MPa左右,且随着土体深度的增加,强度越来越低.     

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.     

一种估算MICP加固砂土体渗透系数的简便方法

基于Kozeny-Carman(K-C)方程和微生物诱导碳酸钙沉淀（Microbial Induced Carbonate Precipitation, MICP）技术原理，提出一种MICP加固砂土体渗透系数的简便算法. MICP产生的碳酸钙填充土体孔隙，采用电镜成像法得到碳酸钙晶体的粒径，推导得固化砂土体的孔隙比和颗粒平均比表面积.将固化砂土体的孔隙比和颗粒平均比表面积代入K-C方程，得到预测MICP加固砂土体渗透系数的简便算法，并经已有文献试验数据和研究结果验证，结果表明：孔隙比减小和颗粒平均比表面积增大导致MICP固化砂土渗透系数显著降低，算例一土体的渗透系数最终下降了93%-97%，算例二碳酸钙含量达到10%时，渗透系数下降了67%-92%;MICP固化砂土的渗透系数下降速率开始加固时最大，随着碳酸钙含量逐渐增加，渗透系数下降速率逐渐减小；初始渗透系数越大的土体，加固效果越明显，渗透系数的下降速率和下降幅值更大；该算法简便可靠，能较为快速和准确预测MICP加固砂土体的渗透系数，为工程实践提供了理论依据.     

基于微生物诱导碳酸钙沉积的防风固沙试验研究

为将微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术用于风沙土的表面固化,需要对这一过程的影响因素和规律进行探究.利用标准砂模拟风沙土进行相关试验,试验变量包括处理液浓度、细菌浓度、处理液体积和处理温度,从风洞试验、表面强度试验、碳酸钙含量测定三个方面对处理后的试样进行对比评估.结果表明,试样表面由于生成了碳酸钙沉淀而形成了一层硬壳层,赋予试样一定的抗风侵蚀能力.当处理液体积为4 L/m~2,温度为20℃,处理液浓度为0.1 M,细菌浓度OD_(600)=0.6时,MICP加固的试样开始具备良好的抗风侵蚀能力.     

微生物加固土体的反应-运移模型及数值模拟

基于微生物加固(MICP)技术的作用机理,考虑注浆(包括菌液和胶结液的注入)过程中细菌的运移和附着、尿素水解速率、碳酸钙沉淀、孔隙填充和渗透率降低等特征,建立了适用于现场尺度的反应-运移模型.结合实际工程中的注浆方案,模拟分析了注菌(即注入细菌悬浮液)和注胶(即注入胶结液)速率及注胶方式对固化效果的影响.结果表明:注菌速率的增加会降低细菌的固定率;在单一注胶方式下,注胶速率的增加能提高反应物的运移效率,改善碳酸钙沉淀的均匀性,但是不利于碳酸钙沉淀量的累积;采用循环注胶方式并提高胶结液浓度,能增加细菌和反应物的利用率及运移效率,在增加碳酸钙累积量的同时改善固化的均匀性.     

赋存环境变化对海积软土特性影响试验

填海造陆对海积软土赋存环境产生的改变是多方面的,它使海积软土受到多种因素影响且以不同程度同时作用。本文以广西钦州港填海区海积软土为研究对象,采用"浸泡—加载"模拟制样技术,从孔隙液化学组分、面状荷载耦合作用角度研究赋存环境变化要素对海积软土压缩性、渗透性以及强度的影响。研究表明:孔隙液中Ca~(2+)、Mg~(2+)的作用使海积软土孔隙比减小、压缩性和渗透性降低,其浓度越高海积软土的压缩性和渗透性越低,相同浓度下,Ca~(2+)对土的压缩性影响较Mg~(2+)大,但Mg~(2+)对土的孔隙比和渗透系数的影响比Ca~(2+)显著;上覆荷载影响海积软土与浸泡液之间的离子交换,其影响程度与上覆荷载大小和浸泡液离子浓度有关;上覆荷载对土的粘聚力c值的变化起决定作用,而化学组分对土的内摩擦角φ值影响显著。     

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。     

微生物诱导固化技术研究进展

微生物诱导固化(Microbial induced carbonate precipitation,MICP)技术因其环境友好性已成为近些年研究的热点.本文对MICP的固化机理进行了介绍,阐述了细菌、成核位点和生物膜对MICP矿化反应的影响,并对相关理论模型进行了总结,包括该技术涉及到的溶液的传输与分布、尿素水解速率和孔隙模型等.通过对相关文献进行总结发现,基于MICP具有良好的流动性并且可以生成具有胶结性沉淀的特点,MICP能够在砂土固化、地基改良、防渗封堵、混凝土修复等领域发挥出良好的改善效果,具有广阔的应用前景.最后,在已有研究成果的基础上,对MICP当前研究的问题以及未来的研究方向进行了讨论与展望.     

尾矿坝排渗系统淤堵机理试验研究

因尾矿坝排渗系统淤堵导致坝体浸润线增高,进而导致溃坝的事故时有发生。为解决排渗淤堵问题,以银山铅锌矿尾矿坝排渗设施淤堵为背景,分别从物理因素、化学因素、生物因素三方面对其淤堵机理进行了试验研究,试验结果表明:尾矿砂细粒可造成物理淤堵,不含细粒时尾矿砂渗透系数是含细粒时渗透系数的3.7倍;垂直载荷可导致土工布和尾矿砂渗透性能下降,尾矿砂和土工布的渗透系数与垂直压力呈负相关关系,在垂直压力为1 MPa时,尾矿砂渗透系数下降了88.5%,土工布渗透系数下降95.9%;尾矿砂中的主要矿物是黄铁矿(FeS_2),尾矿水中的主要金属离子为Ca~(2+)、Mg~(2+)、Fe~(3+)、Mn~(2+),造成排渗设施化学淤堵的主要物质是CaCO_3、Mg(OH)_2、Fe(OH)_3、Fe_2O_3·XH_2O、Mn(OH)_2;尾矿砂和尾矿水中的微生物主要是变形菌门(proteobacteria)。     

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(microbial induced calcium carbonate precipitation, 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,并通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)试验比较了两者的微观结构。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。