微生物加固技术研究进展

生物加固是工程地质领域近年来发展起来的一个新分支,微生物诱导碳酸钙沉淀(microbially induced calcite precipitation,MICP)加固技术是常用的方法之一。MICP加固技术是借助自然界广泛存在的微生物,利用其代谢活动诱导产生具有胶结作用和充填作用的碳酸钙沉淀,从而达到提高土体强度、降低土体渗透性、改善土体工程性能的目的。近20年来,MICP加固技术在理论研究、模型试验及现场试验方面已取得了许多重要成果。为推进对MICP加固技术的认识及研究,文章基于MICP加固技术目前取得的研究进展,进行了文献调研与分析,系统介绍了MICP技术的加固机理及影响因素,归纳分析了MICP加固技术的应用实例,在此基础上深刻分析了MICP技术目前存在的问题和挑战。结果如下:(1)MICP的加固机理是在微生物诱导矿化作用基础上产生的碳酸钙沉淀对土体的充填作用、覆膜作用和胶结作用;(2)MICP固化效果的影响因素主要有:菌液及胶结液的性质、pH值、温度、土体类型、注入技术等,以上影响因素均可以通过影响碳酸钙的形成及胶结效果来影响MICP的固化效果;(3)MICP加固技术在土体加固、抗裂防渗、防风抗蚀、修复污染水土等方面展现出了巨大的潜力;(4)MICP加固技术目前仍存在一些问题,包括固化均匀性、土体耐久性、经济效益、环境安全与可持续性等方面,为解决这些问题,需要进一步综合微生物学、土力学、材料科学、环境科学等多个学科进行深入研究。相关探讨有助于加深对MICP加固技术的理解,推动MICP加固技术在工程地质领域的发展及应用推广。

铜选冶厂周边农田土壤重金属污染特征及来源解析

为分析云南某铜选冶厂周边农田土壤重金属污染特征及来源,通过测定农田土壤中重金属(Cu、Zn、Cr、Ni、Pb、Cd、As、Hg)的含量,采用污染负荷指数、地累积指数及潜在生态危害指数法评价农田土壤重金属污染特征,并结合相关性分析和PMF模型对土壤重金属来源进行分析.结果表明:研究区土壤中Cr、As、Pb、Hg 4种重金属元素的平均含量均高于云南省土壤背景值;污染负荷指数处于轻微污染;地累积指数中As(0.92)>Hg(-0.05)>Cr(-0.41)>Pb(-0.52)>Cu(-1.05)>Zn(-1.20)>Ni(-1.21)>Cd(-3.23),As元素属于轻度累积,其余重金属均为无累积;潜在生态风险单项指数中除Hg元素达到中等生态风险,其余7种重金属元素均为轻微生态风险,研究区整体处于轻微生态风险.土壤重金属来源分析中PMF模型解析5个因子,贡献率分别为14.8%、16.1%、15.3%、26.6%和27.2%.其中As元素主要为工业活动源,Cu、Zn、Cr、Ni元素主要为土壤成土母质源、Cd元素主要为农业活动源、Pb元素主要为交通源、Hg元素主要为化石燃料源.

爆破振动荷载作用下填埋场稳定性计算分析

针对爆破振动荷载作用下填埋场稳定系数分析,建立数学坐标系确定两种形状填埋场每个点的坐标位置,分别采用质心法和积分法计算爆破振动惯性力;考虑渗滤液对填埋体、衬垫界面物理力学参数的影响,建立填埋场沿垃圾坝背和坝底破坏时的三楔体分析模型,列楔体极限平衡方程;借助MATLAB求解爆破振动荷载下任意时刻填埋场沿底部复合衬垫界面滑移的安全系数,通过算例验证楔体极限平衡方程的正确性。结果表明:质心法计算的安全系数时程曲线开始发生变化的时间落后于积分法,且与积分法相比,波动幅度更大,最小安全系数更小,实际安全系数应在两种方法之间。当爆源位于垃圾坝底内边缘下方区域或填埋体底部中点左右区域的下方时,安全系数最小,发生失稳的概率最大。爆破振动频率对填埋场安全系数的影响,积分法得出随着振动频率变大,安全系数总体变化趋势增大,且增加幅度逐渐减小。渗滤液水位显著影响填埋场的稳定性。研究结果对评估填埋场在隧道下穿时的稳定性、优化隧道爆破开挖设计、确保施工安全具有重要意义。

高压实膨润土多尺度膨胀力特性研究进展

作为高放废物处置库的工程屏障,高压实膨润土在服役过程中的膨胀力特性不仅受其多尺度结构影响,还将长期受到近场环境中热-水-化多场耦合的作用。在阐述高压实膨润土多尺度结构的基础上,系统总结了高压实膨润土多尺度结构单元膨胀力特性的最新研究进展。研究表明,高压实膨润土在微观、细观、宏观尺度上分别存在蒙脱石层叠体、集合体以及单元体试样的结构单元。微观尺度上,主要采用分子动力学模拟的方法,探讨了蒙脱石层叠体层间水化膨胀特性,揭示了蒙脱石膨胀力发展的微观机制;细观尺度上,采用颗粒粗化的方式对蒙脱石集合体的弹性模量进行计算,构建了不同干密度下蒙脱石集合体的结构模型;宏观尺度上,对近场环境作用下的高压实膨润土开展恒体积膨胀力试验,揭示了侧限条件下高压实膨润土膨胀力的演化规律。目前,在各个尺度上对高压实膨润土膨胀力的研究工作相对独立,各尺度之间的力学特性存在显著的尺度效应,且膨胀力的多尺度传递机制尚不明晰。因此,对蒙脱石层叠体、集合体以及高压实膨润土在不同尺度上的膨胀力特性开展系统研究并建立膨胀力的多尺度模型,将是今后研究的重点。

高庙子膨润土微观结构时效性试验研究

针对高庙子膨润土在不同含水率和不同干密度条件下的微观孔隙结构时效性进行了试验研究。首先采用静力压实法将3种不同含水率条件下的高庙子膨润土粉末压实到2种不同密实状态,压实结束后保持试样体积和含水率不变分别静置1,30,90 d,然后分别采用压汞仪法和扫描电镜法对静置不同时间后试样的微观孔隙结构进行量测。试验结果表明,高庙子膨润土集合体间大孔隙随静置时间增加逐渐减少,而集合体内孔隙和小于压汞仪最小探测粒径的极小孔隙逐渐增多;随着静置时间的延续,膨润土微观孔隙结构趋于均匀化。产生上述现象的主要原因是:试样静置过程中,为达到吸力平衡,试样各微观孔隙结构中水分子重分布,导致层叠体内水分子层数增多,蒙脱石水化;随着水化的进行,层叠体晶层间水分子层数逐渐增多,同时厚的层叠体逐渐裂开成薄的层叠体,导致集合体内小孔隙增多;在体积不变条件下,集合体间大孔隙不断被挤压填充,孔隙体积逐渐减少。

土-水特征曲线滞后现象的微观机制与计算分析

对吸湿与脱湿过程中引起非饱和土土-水特征曲线滞后性质进行机制分析,认为在微观角度看,接触角的差异是主要原因。基于热力学原理,假定粒间弯液面为一圆弧,综合考虑不等径颗粒半径比、接触角等因素,应用几何关系导得了两接触土颗粒填充角之间的迭代关系,并进行编程计算。在此基础上,引入热力学弯液面压强计算公式和水量体积计算公式,得到了不等径土颗粒间基质吸力-水量计算方法。应用该方法对不同接触角条件下的单个弯液面和不同堆积形式土粒的土-水特征曲线进行了解算,结果表明,由于接触角不同,土-水特征曲线具有明显的滞后现象;孔隙填充将引起低吸力状态土体含水率增加,其对松散颗粒影响较大,含水率可增大达90%;颗粒堆积形式及级配对接触角不同引起的滞后现象影响不大。此外,仅考虑接触角因素无法解释滞回圈的形成,其计算理论有待进一步深入研究。

化学场对膨润土水-力特性影响研究进展

在阐述处置库近场化学环境的基础上从化学场对膨润土的膨胀力影响、渗透性影响、体变特性影响及模型研究4个方面回顾和总结了国内外的研究进展,通过分析影响因素、作用机理以及研究中存在的问题指出当前研究中的不足,并提出进一步研究的建议.

重金属污染物在黏土固化注浆帷幕中的运移规律

基于渗透和弥散作用,探讨了黏土固化注浆帷幕对污染物的阻滞机制,通过土柱试验,分析了注浆帷幕对重金属污染物的渗透性能和弥散性能,采用污染物运移过程数值模拟的一维对流-弥散计算模型,研究了重金属污染物在注浆帷幕中的运移规律。试验表明,不同的污染物质在黏土固化注浆帷幕中的渗透性能和弥散性能不同,镉的迁移速度大于铅。数值计算表明,注浆帷幕的厚度及其渗透性、弥散性和水力梯度等重要控制参数对重金属污染物在帷幕中的运移过程具有显著影响。

岩溶区高铁线路优选的模糊层次分析法

提出了岩溶区高速铁路线路优选的模糊层次分析法.在对影响岩溶区铁路线路方案的各因素进行分析和调查基础上,选取4个一级指标、13个二级指标构建综合评价指标体系;通过层次分析法建立层次关系,构造阶层结构,采用模糊理论建立判断矩阵,确定权重向量;通过专家调查和室内外试验等方式确定各因素得分,采用逻辑运算确定相对优属度矩阵,建立模糊综合评判模型,评判备选线路方案的优劣.利用该模型对贵广高速铁路雄村—贺州段3条备选线路方案进行比选,得出备选方案的相对优属度分别为0.131,0.889和0.581,从而确定第二方案最优,为实际工程建设提供了决策依据.

圆饼状高压实膨润土膨胀力各向异性特征研究

针对作为我国缓冲/回填材料的高压实高庙子膨润土,采用自主研制的膨胀力-渗透性一体化测试仪器开展膨胀力试验,分别测定圆饼状试样的轴向膨胀力和径向膨胀力发展规律,研究试样初始干密度、初始吸力和尺寸效应对其膨胀力各向异性特征的影响。试验结果显示,轴向膨胀力和径向膨胀力均随着试样初始干密度的增加呈指数增大,膨胀力各向异性特征愈加显著。轴向膨胀力和径向膨胀力均随着试样初始吸力的增加而呈减小趋势;相同初始吸力条件下,径向膨胀力均大于轴向膨胀力,但是膨胀力各向异性系数随着初始吸力增大而不断减小。试样尺寸对膨胀力有显著影响,增加试样高度,轴向膨胀力不断增加,径向膨胀力增加到某一数值后不再随高度增加,膨胀力各向异性系数随着试样高度的增加逐渐减小。最后,基于膨润土膨胀机理、压实效应和尺寸效应,分析了膨胀力各向异性特征的形成机理。

施工接缝对缓冲材料水–力特性影响研究进展

在详细阐述处置库中施工接缝封闭和自愈合过程的基础上,全面回顾和总结了有关施工接缝对缓冲材料膨胀力、渗透系数、界面水力强度和自愈合性能影响的研究成果。接缝的存在使缓冲材料的膨胀性能及防渗性能明显弱化,特别是在处置库运行初期,接缝作为力学薄弱区极有可能在高水压环境下发生水力劈裂。总体而言,考虑接缝对缓冲材料水–力特性影响的试验研究还远远不够,主要是通过物理试验,采用整体平均化的方法来分析接缝对缓冲材料总体膨胀力和渗透系数的影响,这种方法的不足在于难以表述接缝处真实的水–力特性指标;现有试验仪器不能实时监测接触界面膨胀力和孔隙水压力的分布情况,无法有效揭示界面的应力传递特征与水分传输特性,这也是导致相关机理分析缺乏的一个重要原因。为此,提出在细化影响因素、深入机理分析及数值模拟等方面开展进一步研究的建议。

温控高压实GMZ01膨润土-砂混合物土水特性

纯膨润土中掺入一定比例的石英砂,可以有效地提高工程屏障的热传导特性、力学强度和长期稳定性,并可降低屏障系统的工程造价;但同时也会改变混合物的土水特征。本文采用水汽平衡法和渗析法吸力控制技术,开展了不同温度(20℃、40℃和60℃)、恒体积条件下,高压实GMZ01膨润土-石英砂混合物(7︰3)试样的持水特性试验。结果表明,体积与吸力恒定时,高压实高庙子膨润土-砂混合物的含水量随温度升高而减少,但温度影响幅度取决于吸力水平;低吸力范围内,混合物的饱和度大于1,其原因可能是由于混合物中结合水密度大所引起的;基于Frendlund常温方程的万敏模型,能够拟合考虑温度影响的GMZ01膨润土-砂混合物土水特征曲线。

城市垃圾卫生填埋场垂直防渗技术

针对城市垃圾卫生填埋场渗滤液成分复杂、浓度高、污染性强的特点,分析了在卫生填埋场构筑防渗系统的功能要求,根据粘土固化浆液的组成特征和固化机理,研究了粘土固化注浆帷幕对渗滤液的抗渗性能和对污染物质的吸附特性,结合粘土固化注浆帷幕在卫生填埋场防渗工程中的应用实例,从施工质量检测、防渗效果监测和技术经济角度,证明了这种垂直防渗技术应用在垃圾填埋场的可靠性和经济性。

粘土固化注浆帷幕对渗滤液中苯酚的吸附性能研究

采用醋酸铵反复作用法测得原粘土和粘土固化帷幕试样的阳离子交换容量,利用紫外分光光度仪测定溶液浓度,通过室内吸附平衡实验研究粘土固化注浆帷幕对渗滤液中苯酚的吸附性能。研究结果表明:在试验条件下,粘土固化注浆帷幕对苯酚的吸附量在2d后逐渐达到平衡,平衡吸附率为75.8%,拟合计算的最终平衡吸附率达到96%,表明粘土固化注浆帷幕对苯酚具有较强的吸附能力;粘土固化注浆帷幕对渗滤液中苯酚的吸附总体上符合Henry模型;而在苯酚浓度较高时,粘土固化注浆帷幕对苯酚的吸附较符合Langmuir模型,相关系数达0.96;粘土固化注浆帷幕对苯酚的吸附作用主要是由于存在电荷不平衡的较大内表面,其吸附能力与表面电荷密度、内部自由孔径以及有机物的特性等因素有关。

砂-膨润土混合屏障材料渗透性影响因素研究

膨润土因具有渗透性低、阳离子交换能力高等优点被认为是最适合高放废物深地质处置库中屏障系统的缓冲材料,工程实践发现随着水化过程的进行,纯高压实膨润土强度不断降低,并最终影响到工程屏障系统功能的发挥。针对这一问题,在膨润土中加入一定比例的石英砂,可以有效地提高工程屏障的热传导特性、压实性、力学强度和长期稳定性,降低工程造价。本文研究了影响砂-膨润土混合物渗透性的主要因素,包括膨润土含量、粒径分布、含水量和干密度、压实方法以及膨润土类型等。结果表明,砂土混合物渗透性主要受膨润土的渗透性控制,渗透系数随着膨润土含量和干密度的增加而减小,当膨润土含量超过某一界限值后,继续增加膨润土含量对降低渗透系数的作用有限;细颗粒和级配良好的混合物渗透系数小,当土体内部发生渗透侵蚀将增大渗透系数;最优含水量条件下压实得到的渗透系数最低,高于最优含水量压实得到的渗透系数比低于最优含水量压实得到的渗透系数要小。

二元结构土层分布区工程降水诱发地面沉降变形研究

基于南宁市地铁1号线广西大学站上部为透水性较差的黏性土层,下部为透水性好的砂砾石土层,在分析基坑降水诱发地面沉降机理的基础上,探讨二元结构土层中附加应力和压缩土层分层厚度的确定方法,最后通过分层总和法计算得到因降水引起的地面沉降。研究结果表明:计算得到的地面沉降与实测沉降基本吻合,表明所提出的沉降参数确定方法合理、可靠,对类似工程具有借鉴作用。

膨润土-红黏土混合土对NaCl溶液的渗透试验研究

针对不同质量配比的膨润土-红黏土混合土压实样,开展不同浓度的NaCl溶液渗透试验;基于扩散双电层理论和土颗粒微观结构,分析溶液浓度对不同质量配比混合土渗透系数的影响机理;根据试验结果,建立混合土渗透系数与膨润土掺量(质量分数)的函数关系式。研究结果表明:混合土的渗透系数随着膨润土掺量的增加而降低,膨润土的加入明显提高了混合土的防渗和化学阻滞能力;随着溶液浓度提高,红黏土的絮凝程度增加,渗透系数降低;掺入质量分数为20%的膨润土后,随着溶液浓度提高,混合土扩散双电层被压缩,渗透系数相应增大。

高压摆喷灌浆与粘土固化注浆在渗漏治理中的应用

详细介绍了应用于矿山尾矿坝渗漏治理中高压摆喷灌浆与粘土固化注浆技术的方案设计、现场试验、施工及效果检测等。

GIS技术支持下森林公园道路选线的辅助设计

道路选线是森林公园规划中极为重要的基础设计,是决定规划成败的因素之一,但传统的道路选线存在现场勘探困难、精度不高和效率低下等诸多问题,为满足森林公园规划中环境保护、科学开发、可持续发展并兼顾美学观赏等指导思想,本文通过运用GIS技术的分析功能对规划地环境进行空间分析,并结合传统辅助设计软件进行科学合理的道路选线及规划,为解决道路选线规划过程中所出现的若干问题提供了一种行之有效的方法。

土木工程专业岩土工程实践性教学改革思考

在阐明土木工程专业实践性教学环节的重要性及其改革必要性的基础上,根据土木工程专业培养目标和教学实际,结合工程地质精品课程建设和实践性教学改革,指出了目前实践性教学中存在的问题,提出了构建实践性教学改革新措施,以期培养出具有较强实践动手能力和创新能力的土木工程高素质人才。