微生物加固钙质砂地基动力响应特性研究

微生物加固技术是一种有效提高土体强度、抑制土体发生液化破坏的绿色环保加固技术。采用温控微生物加固法对南海钙质砂地基模型进行微生物加固处理,并开展了一系列模型振动台试验研究,系统讨论了微生物加固程度和土体深度对微生物加固钙质砂地基的动应力应变关系、剪切模量、剪切波速以及动强度等动力特性的影响。试验研究表明微生物加固对钙质砂地基的动力学特性影响十分显著,具体表现在:随着微生物加固程度的提高,动剪应变显著降低,滞回圈骨干曲线的斜率逐渐增大,滞回圈面积和土体能量的耗散逐渐减小;动剪切模量随着加固程度的提高而增大,但增大幅度逐渐降低;深部土体的剪切模量衰减要高于上部土体;剪切波速值随着微生物加固程度的提高而显著提高,振动后的土体剪切波速值要高于振动前。动三轴试验获得的统一动强度方程,通过折减系数进行修正处理,可在一定程度上模拟振动台试验所获得的微生物加固钙质砂动强度发展规律。

应变路径试验方法及其在应变软化研究中的应用

阐述了应变路径试验研究的意义、试验技术和试验步骤，对如何改善应变路径的控制精度提出了具体方法。作为应用，文中介绍了用应变路径试验方法研究砂土应变软化的一些成果。试验结果表明。

MICP胶结钙质砂动力特性试验研究

以南海某岛的钙质砂为材料进行微生物（MICP）胶结加固,通过动三轴试验和SEM微观结构试验,研究了MICP胶结钙质砂在不同胶结程度和不同动应力水平下的动强度、动变形、动孔压、有效应力路径的发展规律和MICP胶结的微观机理。结果表明：通过MICP胶结的钙质砂动剪应力比和抵抗变形的能力得到明显提高,这表明MICP胶结作用能显著改善钙质砂抗液化能力。MICP胶结钙质砂的孔压发展可以分为4个阶段：初始阶段—稳定发展阶段—快速发展阶段—完全液化阶段,当孔压发展到快速阶段末期,孔压曲线出现凹槽,试样开始失稳,最后发生破坏。整个振动循环过程中土体的变形和强度变化与有效应力路径和孔压的发展密切相关,当试样发生破坏时,有效应力路径表现出循环活动性。MICP胶结作用生成了方解石结晶包裹在砂土颗粒表面或填充于砂颗粒之间,这改变了土体的性质,使得土体的黏聚力和内摩擦角均有所提高。

微生物岩土技术的研究进展

岩土体中存在着大量的微生物,这些微生物的活动对岩土体的物理、力学性质有一定的影响。微生物岩土技术,是将微生物反应加以控制和利用,来解决岩土工程中的问题。在近十年里,微生物岩土技术逐渐成为岩土工程研究界的一个热门课题,并取得了很大的进展。从原理和应用两个角度对这一领域的研究进行归类和分析。从微生物反应原理的角度来说,微生物岩土技术所利用的微生物过程包括微生物矿化作用,微生物产气泡过程,以及微生物膜生长过程等。从实际应用的角度来说,微生物岩土技术的应用领域包括岩土体加固、防渗,砂土液化防治,土体抗侵蚀,污染土治理等。此外,还对微生物岩土技术的实施方法特点,监测和检测技术,以及环境影响进行了介绍。

微生物岩土技术及其应用研究新进展

微生物岩土技术主要是利用自然界广泛存在的微生物的代谢功能,与环境中其他物质发生一系列生物化学反应,改变土体的物理力学及工程性质,从而实现环境净化、土壤修复、地基处理等目的。微生物岩土技术作为岩土工程领域新的分支逐渐成为一个热门研究方向,近年来,许多学者已经开展了相关研究。为了促进该领域更加全面深入的基础研究,指导微生物技术在岩土工程中更切合实际的推广与应用,对环境岩土工程领域涉及的几种主要微生物种类、相关生物化学反应过程以及微生物作用机理进行详细的介绍与总结,并对微生物岩土技术在土体加固、岩土体抗渗封堵、金属污染土修复等方面的相关研究及应用进行了总结与评述。

微生物沉积碳酸钙固化珊瑚砂的试验研究

向珊瑚砂中注入巴斯德芽孢杆菌菌液、氯化钙和尿素的混合液,利用微生物沉积碳酸钙固化珊瑚砂;并对珊瑚砂固化体进行了渗透、强度及微观结构等试验。试验结果表明,巴斯德芽孢杆菌的活性随时间呈衰减趋势,但衰减速度缓慢,能较好地满足珊瑚砂固化的需要。随着菌液、氯化钙和尿素的混合液注入次数的增加,珊瑚砂柱渗透性逐步降低,最终渗透性降低了1～2个数量级。微生物固化后的珊瑚砂柱应力-应变曲线大致可分为3段,即应力随应变缓慢增加段、快速增加段以及突降段。试样发生压裂脆性破坏,无侧限抗压强度最高达到14 MPa左右。抗压强度随干密度增加而增大,随渗透性降低而增大。微生物固化后珊瑚砂颗粒被生成的碳酸钙完整的包裹,孔隙间极少见生成的碳酸钙,与普通硅砂微生物固化后的微观结构不同,较好地解释了渗透性降低不多的原因。

微生物胶结在防治堤坝破坏中的应用研究

为防治漫顶引起侵蚀造成堤坝破坏,将微生物诱导碳酸钙沉淀即MICP技术应用于加固堤坝表层。通过向堤坝表层喷洒微生物细胞以及营养盐,最终在砂土孔隙中快速析出碳酸钙胶凝结晶,以改善堤坝表层砂的力学性能。首先,采用喷洒法处理堤坝表层;其次,对处理好的堤坝模型进行水槽试验,研究其抗侵蚀性;最后,对堤坝表层的试样进行强度与渗透试验。试验结果表明,采用MICP技术加固堤坝模型表层可有效提高其抗侵蚀力,防治由漫顶引起的堤坝破坏。对加固后的表层取样进行测试,结果表明:无侧限抗压强度可高达9MPa,渗透系数从4×10^(-4)m/s降低至7.2×10^(-7)m/s。试验说明,微生物胶结技术在加固堤坝表层方面具有潜在的工程实用价值和广阔的应用前景。

桶形基础液压下沉过程的耦合欧拉-拉格朗日有限元法分析

由于结构物贯入时网格变形过大而产生扭曲畸变等问题,常会造成岩土工程下沉贯入领域的数值分析收敛困难甚至计算结果失真。采用合适的数值方法分析此类问题颇具挑战性。传统的有限元模拟方法往往会出现收敛困难、作出不合理的假设以及需要依赖用户的专业网格重划分和插值程序等问题。耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)分析方法结合了拉格朗日网格与欧拉网格的优点,可以有效地解决有关大变形和材料破坏等诸多问题。通过位移控制法和力控制法两种下沉方式,进行桶形基础室内液压下沉模型试验,得出不同强度的黏土中桶形基础下沉阻力和下沉深度的关系及土塞高度。应用CEL有限元法进行模拟,计算结果与试验结果较为符合。采用的CEL有限元模拟方法不仅可对桶形基础自重下沉和液压下沉进行预测,也可为其他海洋基础结构的贯入模拟提供有益参考。

微生物温控加固钙质砂动强度特性研究

利用微生物温控加固技术对南海某岛钙质砂进行了MICP加固砂柱试验,并通过循环三轴试验开展了MICP加固钙质砂的动强度特性试验研究,探讨了不同MICP加固程度、相对密实度以及有效围压对钙质砂动强度与液化特性的影响。研究发现,经过MICP加固后松散钙质砂的动力液化特性由"流滑"逐渐演变为"循环活动性";相较于未加固中密砂试样,MICP加固中密钙质砂试样表现出更加明显的"循环活动性"特点。MICP加固钙质砂的动强度随着MICP加固程度、相对密实度以及有效围压的提高表现出不同程度的提高。针对MICP加固钙质砂提出了优化动强度经验公式,建立了MICP加固钙质砂的统一动强度准则。该研究成果将为MICP加固技术在南海岛礁建设发展和应用中提供重要的理论基础。

土工织物充灌袋的设计计算方法研究

用土工织物充灌袋堆积成围埝已经在围海造陆中得到了广泛应用。土工编织袋通常用砂、粉土或其他渗透性较大的土搅拌成泥浆来充填。在整个充填过程中,采用适当的泵送压力、控制适当的充填高度以保证土工编织袋所受到张力小于编织袋材料的拉伸强度是非常重要的。对于大尺度的冲灌袋,在冲灌施工期间呈扁平状,即中间为平面、两侧为曲面。国外已有的计算方法只适用于顶部形状为曲面的冲灌袋的受力分析,但对扁平的充灌袋的受力计算则不适用。本文通过对现有的设计方法的扩展和改进,编制了新的设计计算程序,用以计算扁平充灌袋的形状、尺寸、泵送压力、泥浆重度和拉应力的关系。这些成果可以帮助围埝设计者选择合理的充灌袋材料、几何形状和尺寸。

矩形桩沉桩挤土效应透明土模型试验研究

矩形桩沉桩挤土效应与传统圆形截面桩不同,传统的理论模型和试验技术不适用于研究矩形截面桩沉桩挤土效应。基于透明土变形可视化技术,研究了矩形截面桩沉桩挤土的位移场变化规律。试验结果表明,矩形桩沉桩后,桩周可以分为两块区域:靠近矩形桩身的过渡区域,在此区域内挤土位移模式呈现非柱对称特征,过渡区半径约为4deq^5deq,远离桩身的圆孔扩张区域,该区域内挤土位移呈现柱对称特征。根据矩形截面桩的沉桩挤土试验,推导出了矩形桩截面的修正扩孔理论,并将理论计算的位移值与模型试验测量值进行对比,验证修正扩孔理论的合理性。

黏土中桶形基础负压下沉阻力及土塞发展试验

桶形基础负压下沉时下沉阻力和土塞发展是桶形基础施工中的两个关键性问题.针对此问题,进行了不同土体中桶形基础下沉特性的模型试验,测量试验过程中土塞隆起高度、桶体下沉位移及施加负压值的大小.试验结果表明,当施加的负压大于所需负压时桶体才会下沉,并且土塞是阻碍桶体下沉的最主要原因.在负压下沉过程中,土塞隆起参数分别为74%,和105%,,并且当反向地基承载力破坏发生时,更多土体将会进入桶内.在实际工程中,桶内土塞的发展应作为负压下沉时施工控制的关键技术指标,并且需要对其进行实时监控,避免施工上的困难和对桶体稳定性的影响.

软泥土开裂机理分析及模型试验研究

很多学者通过宏观力学的方式探讨软泥土的开裂行为,而对于其微观的本质研究较少。在软泥土饱和与非饱和界面存在收缩膜,根据收缩膜与土颗粒传递拉力平衡关系建立了非饱和土体的受力模型,分析收缩膜在基质吸力和周围边界传递的拉力作用下变形情况,解释土体的开裂微观力学机制,并通过不同尺寸试验槽试验对蒸发和干燥条件下的软泥土开裂过程进行研究。

边坡稳定分析国际动态

由新加坡CI-Premier PTE有限公司组织举办的第3届"滑坡、边坡稳定及地下结构安全性"国际会议于2002年7月11～12日在新加坡Hotel NewOtani召开。与此同时,关于"滑坡产生原因和滑坡治理"的小型报告会也于7月10日举行。来自中国、美国、加拿大、日本、韩国、奥地利、澳大利亚、法国、英国、印度、意大利、伊朗、爱尔兰、斯里兰卡、埃及、泰国、阿尔及利亚、希腊、马来西亚、新加坡等30多个国家和地区的100余名专家出席了本次会议。会议由大会名誉主席和顾问、美国芝加哥伊利诺斯技术研究所Mihail Popescu先生以及奥地利维也纳大学Heinz Brandl教授主持。

侧向辐射注浆技术引起地表隆起变形分析

侧向辐射注浆技术是用于处治现役高速公路沉降变形的新技术,可在通车条件下对高速公路进行加固。在通车条件下对高速公路进行加固需要对施工效应进行分析,确保施工过程中高速公路通车安全。根据土体中的球孔扩张理论,将侧向辐射注浆假设为半无限体多球孔扩张模型,将几何条件复杂的侧向辐射注浆简化为多球孔几何模型,并引入有限边界球孔扩张理论,建立注浆压力和扩孔半径的关系,得到了土体注浆过程存在极限注浆压力,在极限注浆压力后存在软化效应的结果;确定注浆球孔扩张压力和隆起变形的关系,最终给出了同时考虑注浆压力和注浆量两个注浆施工控制指标的地表隆起位移计算方法。结合工程实测参数,计算并对比分析了不同注浆压力、不同注浆步距对地表隆起位移的影响,给出了侧向辐射注浆施工隆起位移的计算方法,能够对注浆设计和施工提供指导作用。

基于微流控芯片技术的微生物加固可视化研究

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)能够加固散粒土体,是岩土工程中新兴绿色加固技术之一。然而,关于微生物加固机理以及矿化形成过程的研究尚不多见。基于微流控芯片技术开发了微生物加固可视化系统,利用该系统开展了微生物诱导碳酸钙矿化机理的原位微细观研究,通过对微生物加固过程中碳酸钙晶体的沉积进行了观测,并对其时空分布、沉积模式、生长速率进行了量化。结果表明溶质分子的对流和扩散作用对碳酸钙晶体分布影响较大,碳酸钙的分布存在时间不均匀和空间不均匀现象,时间不均匀随反应进行呈现弱化现象而空间不均匀在整个反应过程(0~2200 min)中一直存在。研究发现微尺寸管道中碳酸钙存在孔隙中和颗粒间两种沉积模式,孔隙中的碳酸钙均匀长大,而颗粒间碳酸钙存在不同速率的生长轴。研究结果将加深对微生物加固机理的认识,为微生物加固技术的优化和推广应用提供参考。

不同车速下高速公路X形桩网复合地基动力特性研究

基于大比例模型试验系统,开展高速公路车辆荷载作用下X形桩网复合地基动力模型试验研究;测试了不同车速作用下桩网复合路基的动力响应,包括路基内部动应力分布、动应力扩散、格栅动应变、格栅累积应变、桩土差异沉降等的变化规律。结果表明,高速和低速状态下,动应力均会在格栅处产生波动,并且高频车速对车辆附加荷载贡献较小;当车速达到高速状态时,格栅的动应变变化较小,路肩处的垫层应力传递系数要小于路基中心处;格栅动应变比与格栅应变增量比存在线性关系,并且格栅的累积变形主要是在低速状态下产生的;车速越快,X形桩身动应力幅值越大,其桩身轴力小于圆形桩。

基于染色标定与图像颗粒分割的钙质砂颗粒破碎特性研究

针对混合粒径钙质砂中不同粒径颗粒绝对破碎量无法获得和现有破碎率难以考虑破碎重叠掩盖破碎量这两个问题开展研究。设计了粗砂、中砂、细砂颗粒集中分布的3种级配钙质砂试样,进行侧限压缩试验。对不同粒径区间钙质砂分别染成不同颜色,拍照获取各粒径区间钙质砂破碎信息;采用Image J软件进行彩色图像颗粒分割、二值化处理、统计各颜色颗粒面积,换算得各颜色颗粒破碎后含量;并提出考虑破碎重叠掩盖的试样累积破碎率指标B_a。结果表明,随压力增大及颗粒分布集中,试样的重叠掩盖破碎量增大。混合粒径钙质砂中的中间粒径(0.25~1.00mm)颗粒易于破碎,各粒径颗粒破坏模式以颗粒边角破碎为主;累积破碎率B_a值较相对破碎率B_r较大,与垂向压力对数值间满足线性关系,为颗粒破碎研究提供了新的思路。

高岭土微粒固载成核微生物固化粗砂强度

提出一种基于微粒固载成核的微生物固化技术(MICPMPIN),用于改善微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)固化粗砂的力学特性,即在灌浆前给菌液中加入一定量的高岭土形成微生物固载胶体,然后将微生物固载胶体与反应液混合形成MICP浆体(MICPCS),利用自重渗流法加固粗砂。试验结果表明新型MICPMPIN固化粗砂的强度比传统MICP固化粗砂的强度高。其他条件相同时,MICPMPIN固化粗砂的强度随高岭土掺量的增加而增加,随微生物固载胶体含量的增大而增加,且每间隔1次灌入MICPCS时固化粗砂的强度较高。高岭土本身提供的胶结强度不能使砂柱成型,可忽略不计,其作用主要是辅助成核,增加有效碳酸钙沉淀量,并减小试样孔隙比从而增强固化粗砂的效果。MICPMPIN固化粗砂的湿强度也大于传统MICP固化粗砂的湿强度,且高岭土的掺入显著增强了固化粗砂的抗软化能力。

车辆载重与动荷载对X形桩桩-网复合地基动力特性影响的试验研究

基于大比例模型试验,采用半正弦波模拟移动车辆荷载,通过开展不同车辆载重和动荷载作用下X形桩桩-网复合地基的动力特性模型试验,分析桩身动应力、土拱效应、动土压力、垫层应力传递系数、格栅动应变等的变化规律,初步揭示了车辆载重和动荷载对X形桩桩-网复合地基的影响机制。试验结果表明,车辆动荷载对X形桩桩身动应力的影响深度约为2 m;车辆载重和动荷载的增加会导致桩间土承受更多的动应力,并且会降低路肩处土工格栅的作用;但是,路基中心的垫层应力传递系数几乎保持不变;土工格栅的动应变比超过0.048时,格栅累积变形会随着车辆载重和动荷载的增加迅速增大。