微生物诱导碳酸钙沉淀技术的工程应用进展与评述

基于微生物诱导碳酸钙沉淀(Microbially Induced Calcium carbonate Precipitation,MICP)技术的土体胶结固化技术是21世纪以来岩土工程、地质工程领域研究的热点之一。本文系统阐述了MICP技术的加固机理,从MICP加固效果和应用实践的角度出发,对MICP技术工程应用的研究现状进行评述。结果表明:MICP固化后的场地强度呈现出不均匀性明显、碳酸钙含量分布随深度递减的趋势;沙漠环境中,原位提取的菌种诱导生成的碳酸钙覆膜较传统的巴氏芽孢杆菌,具有更好的强度表现和稳定性;新型MICP技术应用(如微生物水泥、微生物砖)在强度、耐久性上表现出良好的应用前景,有望为实现我国双碳目标注入新的活力。基于MICP技术碳酸钙沉淀特质的影响因素,现场尺度下如何提高碳酸钙分布的均匀性以及在季节性变化下的碳酸钙骨架的耐久性、不同环境下的固化效率改进方案应该成为日后研究的重中之重。

水泥固化滨海软土动力特性研究进展与评述

水泥搅拌桩加固技术是滨海软土地基处理最常用也最有效的方法之一。充分掌握水泥固化滨海软土的动力特性及其动态演化规律,是确保水泥搅拌桩软土地基在密集地铁线网和持续波浪作用所产生的动力荷载下维持安全稳定的重要前提。本文对当前国内外水泥固化滨海软土的动力特性和本构模型进行综述,系统归纳和分析水泥固化滨海软土的动力试验类型、动力特性指标、动力本构模型以及动力特性优化方法,讨论当前水泥固化滨海软土动力特性研究的不足,探讨具有针对性的研究建议,为水泥土动力特性研究提供新的思考和思路。

碱激发矿粉协同垃圾焚烧飞灰固化浓缩液污泥试验研究

采用浸没式燃烧工艺产生的生活垃圾填埋场浓缩液污泥具有极高易溶盐含量的特征。水泥对其固化成本高且效果不理想。以矿粉和垃圾焚烧飞灰为前驱体,NaOH和Na_(2)SiO_(3)溶液为碱激发剂制备地聚物胶凝材料,用于固化浓缩液污泥。对固化污泥进行一系列无侧限抗压强度试验,浸泡试验以及矿物成分物相转换,热稳定性和微观结构分析,探索碱激发矿粉/飞灰胶凝材料对浓缩液污泥的固化效果和固化机理。试验结果表明:碱激发矿粉/飞灰胶凝材料可高效环保地对浓缩液污泥进行有效固化。固化污泥的28d无侧限抗压强度随矿粉掺量的增加而增加,飞灰可有效促进前驱体的聚合反应,提高固化污泥的抗压强度和水稳定性;相应于矿粉掺量为10%,20%,30%和40%时,复掺30%飞灰的固化污泥的28d无侧限抗压强度分别增加31%、157%、62%和36%。以20%以上矿粉和30%飞灰为前驱体的地聚物固化污泥可满足填埋场的填埋强度,水稳定性和浸出毒性要求。以40%矿粉和30%飞灰为前驱体的地聚物固化污泥的28d无侧限抗压强度超过25MPa,远大于相同掺量水泥和飞灰的固化污泥。碱激发矿粉/飞灰胶凝材料固化浓缩液污泥的微观固化机制可解释为:矿粉/飞灰前驱体在碱激发条件下生成三维网状地聚物胶凝材料,可对浓缩液污泥实现有效的胶结和包裹。采用飞灰作为矿粉的部分替代品可有效地实现有害废物资源化和矿粉消耗减量化的节能环保目的,达到飞灰与浓缩液污泥的危废/固废“共处理”目标。

土钉支护结构似粘聚力分析

利用能量法从功率平衡的角度定量地给出了土钉支护结构的似粘聚力公式,并结合一实际工程分析了土体参数及土钉参数对似粘聚力的影响规律.分析表明:似粘聚力随土体粘聚力和土钉直径的增大而线性增长.当内摩擦角达到20°时,似粘聚力迅速增大,这表明对于内摩擦角较大的场地土钉支护更为适用.综合考虑支护的经济性,土钉间距最佳取值范围为0.5～1.5m,且不宜大于2.0m;土钉倾角对似粘聚力的影响则不大,其合理取值范围为5°～20°,并以10°左右为最佳.以上结论为土钉支护结构的设计提供了一定的依据.

营养液钙源对微生物固化砂土效果影响的试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)作为一种环保型地基处理技术,其机理是通过微生物诱导碳酸钙沉淀有效改善土体工程性能,参与固化反应的营养液成份不同对固化效果有显著影响。分别选用氯化钙和硝酸钙作为营养液中的钙源,通过渗透实验、干密度实验、吸水率实验、无侧限抗压强度实验从宏观角度分析钙源对微生物固化砂土物理力学指标的影响。同时,结合电镜扫描测试,从微观角度对比了不同钙源作用下碳酸钙沉淀晶体形态及空间分布的差异。研究结果表明:利用硝酸钙固化后的砂柱整体密实度更高,其破坏裂缝在饱水和干燥状态下比氯化钙固化后的砂柱更小;硝酸钙作为钙源固化后的砂柱渗透系数和吸水率更低,干密度和无侧限抗压强度也更高。电镜扫描结果显示,氯化钙为钙源形成的碳酸钙沉淀量较少,形态为球状,散落分布在砂粒表面;硝酸钙形成碳酸钙沉淀量较多,形态以球状或者立方体为主,包裹住砂颗粒,团聚效果更为明显。因此,就钙源而言,硝酸钙的微生物固化效果较氯化钙更好。

广州东部地区花岗岩残积土物理力学指标统计分析

在广州地区广泛分布着花岗岩残积土,多为砂质黏性土,其力学特性差异性较大,但具有一定的规律性.本文以广州东部地区花岗岩残积土为研究对象,通过野外资料、室内试验及原位测试等手段获得大量数据,选取重度、含水量、孔隙比、塑限、液限、塑性指数、液性指数、压缩系数、压缩模量、黏聚力、内摩擦角和标贯击数进行了统计分析.还给出了该区花岗岩残积土物理力学指标的统计值、变化范围,研究了各指标之间的相关性,为相关工程建设提供了一定的地质依据.

超固结土的一维固结理论及其试验研究

基于超固结饱和土固结理论,针对变荷载、自重应力分布等条件下提出了相应的一维超固结土问题的控制方程,总结出六个超固结土的一维线性固结计算参数,并采用半解析法编制了求解该问题的Fortran计算程序。利用GDS高级固结仪对萧山黏土进行超固结土的一维固结渗透联合试验以及一维固结压缩试验,将测定的一维超固结土计算参数引入理论程序中,分别对比了位移、平均固结度、底部孔压这三者随时间变化的理论和试验曲线。结果表明:超固结土的一维线性固结理论比正常固结土的一维线性固结理论更接近试验结果,验证了超固结土的固结理论,表明了考虑土体应力历史对固结计算的重要性。

能量法在土钉支护结构分析中的应用

利用能量法从功率平衡的角度定量的给出了整体支护情况下土钉支护结构的极限开挖深度Hu的公式,得到了每步开挖下的安全系数ki及每步开挖深度Dhi;同时将土钉对土体的加固约束作用等效为土体的粘聚力增量,得到了似粘聚力Dc的公式。分析了支护结束极限情况下和逐步开挖情况下土钉支护结构主要设计参数对极限开挖深度iHu、安全系数ki、每步开挖深度Dhi、似粘聚力Dc的影响规律,为土钉支护结构的设计提供了一定的依据。

水泥基固化剂固化南沙软土的力学及微观试验研究

以普通硅酸盐水泥为基础,分别添加石灰、石膏、膨润土等外掺剂对广州南沙软土进行固化处理.通过直剪试验、无侧限抗压试验对固化土样进行了力学性能研究,分析了固化土体的内摩擦角、黏聚力、无侧限抗压强度随不同外掺剂掺入比及龄期的变化关系;通过扫描电子显微镜(SEM)研究了不同固化土样的微观结构特征.试验结果表明:与单掺水泥类似,添加不同外掺剂后土体的各个力学指标均随着外掺剂掺入比和龄期的增加而增大不同外掺剂对水泥加固淤泥效果的影响不尽相同,就后期强度而言石灰效果最佳,就早期强度而言石膏、膨润土效果都很好,膨润土相对更佳,且当强度要求一定时石膏和膨润土都能一定程度降低水泥使用量.这与固化后土体的微观结构有关.该研究成果可供类似研究和工程参考.

石灰与水泥固化南沙锌污染软土试验研究

利用石灰与水泥混合固化剂对广州南沙锌污染淤泥进行固化/稳定处理.通过无侧限抗压强度试验和淋滤试验分别对固化土体的力学性能和锌离子浸出率进行研究,得出无侧限抗压强度随固化剂中石灰掺量和龄期的变化关系及石灰掺量与锌离子浸出量之间的变化关系;通过扫描电镜研究了不同配比下固化土样微观结构特征.研究表明:随着石灰掺量的增加,固化土体强度随龄期和石灰掺量均有较大提高,同时锌离子浸出质量浓度有大幅度降低;其中15%水泥+10%石灰修复3 000 mg/kg以下锌污染土锌离子浸出率为零.综合来说,H2(15%水泥+10%石灰)固化修复效果较好,这与固化土体的微观结构中的水化产物有关.

中山港地区软土物理力学指标统计分析

以中山港地区软土为主要研究对象,将现场收集、室内实验和原位测试得到的一系列的物理、力学指标进行了统计分析,并将统计结果与南沙和整个珠三角地区的软土进行了对比分析.分析结果表明:虽然该地区软土的含水率、孔隙比、压缩系数的变化范围均要低于其他两处,但其本身的抗剪强度低,力学特性仍较差.通过建立各项指标间的线性和非线性回归方程,研究其相关性程度,得知其孔隙比、含水率、干密度间的相关性最佳.通过分析中山港地区不同区域软土的含水率、孔隙比、压缩系数、黏聚力4项土性指标沿深度的变化规律,揭示了其区域性差异特性.研究结果可供该地区工程建设参考.

膨胀土判别与分类的Bayes判别分析法

基于Bayes判别分析法以建立膨胀土判别与胀缩等级分类的Bayes判别分析模型.模型选用液限,胀缩总率,塑性指数,天然含水率,自由膨胀率等5个指标作为判别因子;将膨胀土的胀缩性分为极强、强、中、弱4个等级并作为Bayes判别分析的4个正态总体;以训练样本建立Bayes线性判别函数,以该函数计算待判样品的Bayes判别函数值,以最大值对应的总体作为样品的归属;以刀切法对判别准则进行评价.研究表明,该模型以刀切法计算的误判率为13.3%.

带扩大端预应力抗浮锚索在某地下工程中的应用

带扩大端预应力抗浮锚索类似于普通的抗浮锚杆,是一种竖向锚固技术,与其他抗浮技术相比,具有造价低、工期短、施工便捷等优点。由于施加了预应力,不仅可有效地防止地下室底板在地下水浮力作用下产生的上浮,且可在施工过程中检验每根锚索的施工质量,从而保证整个工程的质量。详细介绍了某工程中带扩大端预应力抗浮锚索的设计、施工经验及质量保证措施,为同类工程提供了经验。

液体回灌对生活垃圾好氧反应温度变化影响的模拟预测

好氧反应过程中的温度变化模拟预测,对于垃圾填埋场好氧通风系统的安全运行具有重要意义。在热释放守恒定律的基础上,建立考虑液体回灌条件下生活垃圾好氧反应过程中的热平衡方程;将氧气消耗速率引入热释放速率模型中,并提出两阶段氧气消耗速率模型来描述好氧反应过程中的热释放效应;开展通风强度、回灌条件和等效热传导系数对好氧反应过程中垃圾堆体温度变化影响的模拟。结果表明:气体交换导致垃圾堆体的峰值温度至少下降3.6%,液体回灌使垃圾温度降低超过24.1%;液体回灌量从每周500 mL增加到每周1500 mL,垃圾峰值温度下降29.1%;回灌液体温度每相差10℃,对垃圾温度的影响最多可达4.0℃;随着等效热传导系数从0.3升到1.0,垃圾峰值温度逐渐降低,达到峰值强度的时间提前25.9%,后期温度下降幅度变小。研究结果为好氧通风系统运行过程中温度预测及安全调控提供了理论依据。

有机质对水泥固化淤泥土的力学特性影响试验研究

针对有机质对水泥固化淤泥土强度的不良影响,在南沙淤泥土干粉中添加腐殖酸配制得到不同有机质质量分数的淤泥土,采用不同质量分数的水泥对其进行固化,进行无侧限抗压强度试验,探讨了水泥及有机质质量分数、龄期对固化的有机质淤泥土无侧限抗压强度的影响.试验结果表明:有机质的存在严重阻碍水泥的水化反应,但有机质质量分数对水泥固化淤泥土强度的影响是有极限的,超过5%时,有机质质量分数的增加对固化土强度下降的影响就不明显了;固化土的强度随水泥质量分数的增加呈幂函数形式增长;随龄期的增长,含有机质的水泥土强度仍远低于普通水泥土的强度,表明有机质的影响并不会随龄期增长而减小.

颗粒级配对微生物固化砂土力学性能的影响

土体的颗粒级配不同,其微生物固化效果也可能存在一定的差别。将颗粒粒径范围为0.074~2.000 mm的砂土分成颗粒级配良好与颗粒级配不良4组,分别测试了固化后砂样的无侧限抗压强度、渗透系数、孔隙率,碳酸钙沉淀量,从宏观角度对比了颗粒级配对微生物固化砂土的物理力学性质影响。同时,结合电镜扫描,从微观角度分析了颗粒级配对微生物固化砂土的影响机制。研究结果表明:相比于颗粒级配不良的砂土,颗粒级配良好的砂土碳酸钙沉淀量与均匀性更好,孔隙率与渗透系数更小,从而增加了试样的无侧限抗压强度。这是因为级配良好的砂土自身含有更优的粗细颗粒组,可提供更多有利于生成碳酸钙的沉积位置,生成的碳酸钙更加致密,强度更高。

掺预处理垃圾焚烧飞灰水泥土的抗剪强度和浸出毒性试验研究

对垃圾焚烧飞灰进行水洗和硫酸亚铁预处理,将其掺入水泥固化软土中,通过三轴固结不排水试验和浸出毒性试验研究不同飞灰/水泥配比下所制得试样的抗剪强度和重金属浸出毒性,通过电镜扫描试验分析了掺垃圾焚烧飞灰的水泥土的微观特性,讨论了垃圾焚烧飞灰作为水泥土外掺剂的可行性。试验结果表明:相同水泥掺量下,随着飞灰含量增加,水泥土的抗剪强度增加,致密性和整体性增强。当水泥和飞灰掺量均为10%时,水泥土抗剪强度提高最显著。掺入垃圾焚烧飞灰的水泥土重金属浸出浓度符合《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)。研究成果可为垃圾焚烧飞灰的工程应用提供理论依据和参数支持。

硫铝酸盐水泥协同垃圾焚烧副产物固化浓缩液污泥的强度和水稳定性试验研究

采用浸没燃烧工艺产生的生活垃圾卫生填埋场浓缩液污泥具有含水率高、有机质含量和重金属含量低,但含盐量极高的特点。选用硫铝酸盐水泥作为主固化剂,垃圾焚烧飞灰和底渣作为辅助固化剂,制备不同水泥、飞灰和底渣掺量的固化污泥试样,进行一系列的无侧限抗压试验、水稳定性试验和微观测试试验,以定量分析不同固化剂对浓缩液污泥的固化效果,探索固化污泥强度演化规律和浸水劣化机制的宏微观耦合控制机制。试验结果表明:单掺10%水泥,固化污泥的7 d无侧限抗压强度大于50 kPa,即可达到填埋的强度要求;当单掺50%以上的水泥时,28 d龄期的固化污泥才具有满足填埋强度要求的水稳定性;飞灰和底渣对水泥固化试样28d强度的提升存在一个最优掺量,分别为5%(水泥掺量<40%)和10%(水泥掺量≥40%);在水稳定性方面,复掺底渣较复掺飞灰有效。扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)微观测试结果表明:水泥与一定量的飞灰或底渣共同生成的针柱状钙矾石晶体与水泥水化产物形成空间镶嵌互锁结构,是掺飞灰或底渣固化试样水稳定性提高的主要原因。

水泥固化淤泥废弃土作为填土材料的试验研究

现阶段的基坑工程会产生大量的废弃土,为实现固体废弃物的资源化,本文以淤泥废弃土作为研究对象,根据击实特性设置不同的击实度,基于无侧限抗压强度试验和水稳定性试验探讨淤泥废弃土经水泥固化后作为填土材料的可行性。结果表明,在淤泥废弃土中加入水泥后,最大干密度会降低,而最优含水质量分数则相反。水泥固化淤泥废弃土的强度会随着水泥质量分数和压实度的增加而增加。在水泥质量分数低于5%时,水泥固化淤泥废弃土的强度对压实度的降低和浸水条件均比较敏感,会出现明显下降。压实度的提高能明显改善水稳定性,但随着水泥质量分数和龄期的增加,压实度对水稳定性的改善效果会趋于平缓甚至减弱。

厨余垃圾蛋壳与贝壳在MICP技术中的应用研究

微生物诱导碳酸钙(MICP)是一种环保可持续的地基改良技术,该技术中常常需要消耗大量化学分析级试剂,诸如尿素、钙盐等,对环境等造成一定的不良影响。该文从环保角度出发,基于废弃资源再利用理念,选取了蛋壳和贝壳2种再生钙源并以化学钙源硝酸钙作对照,通过渗透试验、干密度试验、无侧限抗压强度试验、电镜扫描(SEM)试验和X射线衍射(XRD)试验探讨了厨余垃圾作为钙源的可行性。结果表明:再生钙源应用于MICP技术固化砂土具有可行性;经再生钙源生蚝壳固化后的沙土试样干密度、碳酸钙含量和无侧限抗压强度均比硝酸钙固化后的试样低,而渗透系数则相反;使用再生钙源固化砂土试样中的表观孔隙率较使用硝酸钙的固化砂土试样高;XRD和SEM试验的结果显示再生钙源获取的碳酸钙晶体形态以球霰石为主,硝酸钙获取的碳酸钙晶体则呈现方解石和球霰石的团簇状态;再生钙源替代化学钙源应用于MICP有助于提升该技术的环保可持续性。