生物矿化固沙长效性分析

荒漠化土地大量分布是沙尘天气频发的根源之一。为有效防沙固沙,需要解决两个关键难题,一是把沙尘固定住,防止沙尘飞起;二是长效固沙,提高固沙的长效性。生物矿化方法是解决长效固沙的一种创新技术。通过室内试验和现场验证,证明生物矿化技术实现长效固沙的可行性和适用性。研究包括脲酶活性试验、钙化试验、固沙风蚀试验等,分析了脲酶活性、胶凝液浓度、pH值、灌注次数、灌注量、温度对生物矿化固沙效果的影响,在此基础上提出了生物矿化-植物-栅栏的联合固沙技术体系,并通过生物矿化固沙风洞试验和现场工程固沙效果进行验证分析,验证表明了联合固沙技术体系的固沙长效性。现场晴天进行生物矿化作业的固沙效果最好,更有利于长效固沙。

岩土参数的不确定性及其统计方法

通过诠释土性参数不确定性统计工作的重要性,着手分析、对比了各种统计方法的理论基础和优越性,随后基于近年来国内外相关文献的回顾与整理,系统地总结了有关土性参数变异性方面的研究成果,具体包括试验室指标参数、变形参数、强度参数、固结参数以及原位测试中的静力触探测试值、十字板剪切强度和标准贯入击数。结果表明:传统方法和三σ法都是基于随机变量理论,无论如何改进也无法克服模型本身所固有的缺陷;基于随机场理论的方法用更加优越的模型建模土层剖面,显示了强大的生命力,随着原位测试手段的日渐成熟,这一方法必将取代传统方法;图形三σ法集理论先进性和适用性于一体,是一种值得推荐的方法。参数变异性的总结显示,试验室指标参数变异性普遍较小、固结参数较大、变形和强度参数以及原位测试各指标位于其中,具体结果还对实际工程中参数的选取、优化以及部分重要工程的可靠性分析具有重要的指导意义。

周期性结构复合材料减振性状与工程应用前景

土木工程结构的传统减振控制技术通过降低材料的刚度和增加阻尼的方法,所用材料多为橡胶类产品,橡胶产品因使用寿命的限制,又不便更换,其后续减振效果显著下降。基于周期性结构复合材料的振动传播特性,通过室内试验验证了周期性结构复合材料的带隙特征,通过建立的地铁周期性结构复合道床理论模型进行计算,验证了一种新型周期性结构高分子混凝土道床的减振效果。这为工程结构的长效减振与应用提供了新的技术途径。

植物源脲酶诱导碳酸钙固化砂土试验研究

植物源脲酶诱导碳酸钙沉积胶结砂土是岩土工程领域的一种新型技术,相比目前广泛应用的微生物固化砂土技术具有很多优点。直接从大豆中提取脲酶,首先研究了温度及pH值对大豆脲酶活性的影响,然后控制胶凝液浓度、pH值、温度和反应时间进行了脲酶诱导碳酸钙沉积试验,在此基础上,采用循环灌注脲酶液和胶凝液的方法固化3种不同颗粒粒径范围的砂土,通过超声波测试、无侧限抗压强度测试及碳酸钙含量测试检测固化效果。结果表明:大豆脲酶最适pH值为8,15℃~75℃范围内脲酶活性随温度升高而增大。大豆脲酶诱导的沉淀产物为方解石型碳酸钙,随胶凝液浓度增大,碳酸钙产率先增大后减小,胶凝液浓度为0.75 mol/L时,碳酸钙产率最大。胶凝液浓度一定时,pH值为8情况下碳酸钙产率最大,且产率随反应时间增加而增大。10℃~40℃范围内温度对碳酸钙产率影响较小。固化试样的抗压强度与碳酸钙含量呈正相关,随砂土颗粒粒径增大,试样的抗压强度先增大后减小,0.25~0.5 mm砂土固化效果最好。

砂土微生物固化过程中尿素的影响研究

砂土固化技术可改善砂土力学特性,被广泛应用于工程中,而在菌种培养液中添加尿素可大大加快固化反应提高砂土固化效率。开展了在菌种培养液中添加尿素分析其对砂土固化影响的试验研究。首先将尿素添加方式分为灭菌前加尿素、灭菌后加尿素和不加尿素3种,研究不同方式对菌种生长和脲酶活性的影响;再控制不同尿素添加量对比分析得到适合的尿素添加量以便后续研究;然后在砂土固化试验中采用灭菌后加尿素的方式研究其对砂土固化的影响;最后通过控制砂柱长度、胶凝液灌注速度和砂土颗粒粒径等因素,得到各因素对砂柱固化效果的影响。结果表明培养液中添加尿素可提高脲酶活性,但稍微抑制菌种生长;适合的尿素添加量为5-20 g/L;灭菌后添加尿素能显著提高灌注部位的强度,但长砂柱却因强度不均而整体强度较低;灌注速度越快,整体强度越高;添加20 g/L尿素时,整体强度随颗粒粒径增大而增大,因此,该方法适用于粗砂。研究成果对后期砂土固化技术的应用具有重要指导意义。

低温条件微生物MICP沉淀产率试验研究

低温导致微生物固化沉淀产率低,制约着该技术的应用。选取巨大芽孢杆菌,通过控制不同温度和pH值分析该菌种的生长繁殖特性和脲酶活性,并研究不同温度条件下的碳酸钙沉淀产率,通过采用营养液中添加尿素和低温驯化两种方法来提高低温条件下较低的沉淀产率,最后通过砂土固化试验,对比研究尿素添加方法和低温驯化对固化效果的影响。结果表明:温度越高,巨大芽孢杆菌的生长繁殖越快,脲酶活性越强,低温明显抑制其生长繁殖和脲酶活性;pH为8时,巨大芽孢杆菌生长繁殖最快,且脲酶活性最强;温度越高,沉淀产率越大;营养液中添加尿素和对巨大芽孢杆菌进行低温驯化都可以明显提高生长繁殖速度和沉淀产率,可以有效解决低温条件下碳酸钙沉淀不足问题,而将两者结合起来,沉淀产率提升更为明显;营养液中添加尿素和低温驯化都能提高砂土固化效果,而同时采用这两种方法固化效果提升更明显,该研究能有效解决低温条件沉淀少阻碍实际工程应用的问题,为后续低温条件微生物固化技术的应用打下基础。

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、Ca^2＋和Mg^2＋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Mg^2＋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,Ca^2＋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。

低温条件下微生物诱导固化对比研究

低温条件下微生物诱导沉淀产率低,制约着微生物诱导固化(MICP)技术的实际工程应用。通过控制不同温度和pH值,对比分析巴氏芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌的生长繁殖特征和脲酶活性,同时在胶凝液中添加营养物质和控制尿素浓度和钙离子浓度,研究提高沉淀产率的方法,利用XRD测试分析沉淀晶型。进行渗透性试验和无侧限抗压强度试验,对比分析了不同菌种的砂土固化效果,结果表明,低温条件下巨大芽孢杆菌生长繁殖比巴氏芽孢杆菌快,脲酶活性更高,且巨大芽孢杆菌最适宜p H=8,更适合于碱性环境;可以通过在胶凝液中添加营养物质,控制尿素浓度为1.5 M和醋酸钙浓度为0.5 M增加碳酸钙沉淀产率;低温条件下巨大芽孢杆菌沉淀产率总高于巴氏芽孢杆菌,沉淀晶型为更稳定的方解石;采用巨大芽孢杆菌固化的试样渗透性可降低3~4个数量级,而巴氏芽孢杆菌固化的砂柱渗透性只降低2~3个数量级,其中颗粒粒径越小,渗透性降低越明显,且同等条件下巨大芽孢杆菌固化的砂柱试样强度也大于巴氏芽孢杆菌固化试样。因此,低温条件下巨大芽孢杆菌更适合进行实际工程应用。

局域共振二维声子晶体的低频带隙特性研究

针对低频带隙难以打开的问题,本文提出一种局域共振二维声子晶体结构,采用有限元法计算其能带结构,分析其带隙的形成机理和影响因素,并在此基础上对结构进行优化设计。结果表明:该结构可在200Hz以下的频率范围内打开宽度70.56Hz的完全带隙,起始频率低至39.77Hz。等效刚度k一定的情况下,带隙起始频率由芯体的密度决定,而截止频率主要由基体边框密度决定。优化后的结构能够打开更低更宽的带隙,且对振动波的衰减性能提升。该结构具有优越的低频带隙特性,在地铁减振隔振领域中具有潜在的应用前景。

添加氧化铝对微生物修复裂缝影响的分析

微生物修复裂缝技术由于环保经济的特点被广泛关注,但修复效率因混凝土内碱性环境受到很大影响;开展提高该技术的修复效率与效果的研究具有重要意义。探究高碱性环境下Al2O3对微生物钙化的促进作用,然后添加Al2O3对不同裂缝宽度的混凝土试件进行修复,修复中检测浸出液pH值与尿素含量,修复后通过声时值、碳酸钙生成效率、无侧限抗压强度等指标评价修复效果。结果表明:Al2O3能够降低碱性环境对细菌活性的抑制,提升其脲酶活性与碳酸钙转化效率。添加Al2O3使试件浸出液pH值从12降为9,pH值为9时更适合菌种的繁殖,尿素利用率显著提升到81%,提高了碳酸钙的产出率,明显缩短修复时间。添加Al2O3修复试件的声时值接近无裂缝试件,明显优于无添加试件。添加Al2O3后2mm裂缝试件的碳酸钙生成率为77.32%,远高过无添加试件的20.98%。添加Al2O3修复试件强度恢复远高于无添加Al2O3修复试件,且强度恢复随裂缝宽度减小而增加。因此,混凝土修复过程中添加Al2O3能有效提高修复效率,减少修复时间,为后续实际工程中微生物快速高效修复裂缝提供重要参考。

微生物固化砂柱效果电阻率评价研究

目前尚没有简便可行的方法对现场微生物固化效果进行评价,因此,提出采用便捷无损的电阻率法评价砂土的固化效果。首先对微生物固化砂柱的电阻率与孔隙率、含水率和碳酸钙含量的关系进行研究,然后研究了电阻率和无侧限抗压强度的关系,并提出综合参数N表示固化砂柱的孔隙率、含水率和碳酸钙含量,研究综合参数与固化砂柱电阻率和无侧限抗压强度的关系,从而提出微生物固化砂柱的电阻率模型。结果表明固化砂柱电阻率随着孔隙率的增加而增大,随含水率的增加而减小,随碳酸钙含量的增加近似线性减小。同时固化砂柱的电阻率与砂柱的相关性质存在较好的关联性。电阻率法是一种有效的微生物固化砂柱效果评价方法,可用在实际MICP技术的现场应用中。

低温条件微生物沉积碳酸钙试验研究

研究表明微生物固化技术可用于砂土固化及混凝土材料修复等方面,但由于微生物的特殊性,其应用受到温度、营养液等环境条件的限制。选用耐低温菌种(菌种A)与巴氏芽孢杆菌,开展了微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)的试验研究,对比了两者在不同温度下的MICP性能。研究首先测量两个菌种在不同温度中的细菌生长繁殖特性,然后对比分析两者的脲酶活性,最后研究两者生成碳酸钙的速率和效率。研究结果表明,相比于巴氏芽孢杆菌,菌种A在低温条件下不论是生长繁殖能力还是脲酶活性都较强,同时诱导碳酸钙沉淀的速率和效率也较高。该研究成果对MICP技术在低温环境的应用研究具有指导意义。

微生物修复混凝土细小裂缝不同修复方法对比研究

细小裂缝造成的渗水导致混凝土耐久性受到影响的现象在工程应用中不可忽视,因此对细小裂缝的修复及评价的研究具有重要意义。使用注射法和浸泡法两种微生物修复方法对混凝土细小裂缝进行修复,并通过渗透性、无侧限抗压强度、阻尼比等指标来对比评价两种方法的修复效果。结果表明,两种微生物修复后混凝土试件渗透性都有所降低,其中注射法修复的试件渗透性降低更明显。采用注射法修复完成后,试件不仅强度提升较大,且受疲劳试验影响较小,强度恢复比例较稳定,修复后试件强度均达到无裂缝试件强度的90%以上。裂缝修复后:试件的滞回曲线面积较大,阻尼比较大,其中注射法的修复效果最好。相比未修复试件,注射法修复后的试件阻尼比都提高了0. 44%以上,因此,注射法细小裂缝修复技术能广泛适合于长期受到动静荷载的混凝土建筑结构中。

A case study on behaviors of composite soil nailed wall with bored piles in a deep excavation

A complete case of a deep excavation was explored. According to the practical working conditions, a 3D non-linear finite element procedure is used to simulate a deep excavation supported by the composite soil nailed wall with bored piles in soft soil. The modified cam clay model is employed as the constitutive relationship of the soil in the numerical simulation. Results from the numerical analysis are fitted well with the field data, which indicate that the research approach used is reliable. Based on the field data and numerical results of the deep excavation supported by four different patterns of the composite soil nailed wall, the significant corner effect is founded in the 3D deep excavation. If bored piles or soil anchors are considered in the composite soil nailed wall, they are beneficial to decreasing deformations and internal forces of bored piles, cement mixing piles, soil anchors, soil nailings and soil around the deep excavation. Besides, the effects due to bored piles are more significant than those deduced from soil anchors. All mentioned above prove that the composite soil nailed wall with bored piles is feasible in the deep excavation.