微生物灌浆加固液化砂土地基的动力反应研究

饱和松砂地基在地震等周期性荷载作用下易发生液化,而松砂边坡在降雨或地下水位上升过程中易发生"静态"液化,这些都易造成路基沉陷、滑坡、地下管道及隧道的上浮等与液化相关的工程灾害。相对传统的地基加固技术,微生物灌浆加固技术是利用一项微生物成矿学的最新进展,即微生物诱导碳酸钙结晶技术,通过向松散砂土地基中低压传输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,改善地基力学性能。微生物灌浆加固技术具有扰动小、工期短、加固效果明显和低耗能等优势,是目前地基加固研究的前沿问题。通过标准动三轴及振动台试验来检测微生物灌浆是否能够用于液化地基加固。首先,概要介绍了微生物灌浆加固技术的原理、方法以及国内外研究发展水平,给出了适用于液化砂土地基加固的微生物灌浆方法。其次,通过标准动三轴及小型振动台试验,研究了微生物灌浆加固液化砂土的抗液化性能,以及其它动力性能,并与传统的液化地基加固方式进行了对比分析。试验结果表明,微生物灌浆加固砂柱及模型地基的抗液化性能显著提高。可以说,微生物灌浆技术在液化砂土地基加固方面具有潜在的工程实用价值和广阔的应用前景。

微生物灌浆加固土体研究进展

水泥和化学浆材是土体加固中最为常用的胶凝材料,但由于存在着高能耗、高污染排放和高成本等缺点而限制了它们的应用。微生物灌浆加固技术是最近发展起来的一种新型的土体加固方法,通过向松散砂土中灌注菌液以及营养盐,利用微生物矿化作用在砂颗粒间快速析出方解石凝胶,改善土体的物理力学性质。系统总结了国内外关于微生物灌浆加固土体的室内及现场试验研究,同时对固化土体的工程特性、原位无损测试方法以及灌浆效果的影响因素等进行了论述。研究表明,微生物灌浆技术具有施工扰动小、灌浆压力低、环境友好等优势,并可显著提高土体的强度、刚度及抗液化性能,在土体加固领域有着非常广阔的应用前景,但关于微生物固化土体的耐久性以及灌浆的经济性等问题仍需进行深入的探讨与研究。

人工湖泊微生物灌浆的新型生态防渗技术研究

传统的人工湖泊防渗措施主要采用混凝土防渗墙、铺砌、土工膜和膨润土毯、黏土等防渗方案,直接隔断了水体与土体的水分、氧气和物质的交换,生物和微生物难以生存,造成生态破坏。结合某人工湖的防渗设计实例,提出了以微生物灌浆为主的新型生态防渗体系,进行了三维渗流分析和生态环境评价,研究结果表明渗漏量相比于防渗前减少了98%,同时满足该人工湖泊各区域的生态需水量,可达到防渗与生态之间的平衡,可以为类似工程的防渗设计提供参考。

含节理黄土的微生物灌浆因素分析

在自行建立的含节理黄土微生物灌浆模型的基础上,通过有限元仿真软件COMSOL进行数值建模及求解,通过考虑初始脲酶活性、胶结液浓度、节理开度等因素,计算分析3种灌浆因素影响下的节理与孔隙的填充率以及黄土体的有效加固范围,对节理-黄土体的微生物灌浆加固效果进行研究。结果表明:初始脲酶活性是影响灌浆效果的重要因素;对于胶结液浓度,为同时考虑加固效果和减少废液量,应选用适宜的胶结液浓度;节理开度对加固深度的影响较明显,与节理水流入渗规律一致。综合分析3种灌浆因素发现,距灌浆口有限深度处的含节理黄土加固效果较好,灌浆均匀性有待提高。

微生物灌浆加固地基的多物理场耦合数值模拟研究

微生物灌浆加固地基是一种利用微生物诱导碳酸钙沉淀的新技术,具有加固效果明显、扰动小、环保等优势,是当前地基加固技术的前沿问题。微生物灌浆效果与地基中生成的碳酸钙均匀性及含量有密切相关。通过建立灌浆过程中的多孔介质渗流、溶质运移传输和微生物生化反应一维耦合模型,加入微生物初始分布和微生物活性随时间衰减模型,对微生物灌浆生成碳酸钙分布进行了模拟,并与5 m砂柱的试验结果进行对比验证。分析微生物初始分布以及不同灌浆参数(灌浆速度,胶结液浓度和灌浆次数)对灌浆效果的影响,给出了多因素影响下的最优灌浆方式。结果表明微生物初始分布、灌浆速度和次数均对最终碳酸钙量和分布影响很大,胶结液浓度对最终碳酸钙量影响最小,适中灌浆速度和分步灌浆能提高碳酸钙的均匀性。研究显示菌液和胶结液反向分步灌浆,胶结液浓度为1~1.5 mol/L,采用较高的灌浆速度的灌浆方式,能有效减少碳酸钙在入口处的堵塞,提高灌浆效果。

微生物灌浆加固砂土效果的试验研究

利用微生物灌浆对砂土地基进行防渗加固处理是一种新型的地基处理方法,材料的浓度是影响灌浆效果的重要因素。本文采用小尺度微生物灌浆试验研究了不同菌液浓度、钙源浓度及尿素浓度对砂土灌浆效果的影响,通过环境电镜扫描(E SEM)分析了砂土颗粒的结晶体的形态变化,揭示了微生物成因和生长规律,通过力学和渗透试验探讨了加固体的强度和渗透特性。研究表明,随着菌液浓度的增加,菌液的活性有明显的提高,微生物结晶体呈多级生长,砂柱的抗压强度有所提高,菌体分泌的胶质有机物也会提高砂柱的抗渗透能力,但菌液浓度过高则对改善砂土的指标有限,可根据工程防渗加固的不同要求选择合适的菌液浓度。钙离子浓度为1,尿素浓度为2时,砂柱的结晶体均匀致密,灌浆效果较好。实验得到的砂柱最大抗压强度为22.5MPa,最小渗透系数为2.12×10^-5 cm/s。研究结果对促进微生物灌浆技术的应用具有指导意义。

微生物灌浆的颗粒流细观力学数值模拟研究

基于流固耦合原理的PFC2D颗粒流数值模拟程序,运用其内置FISHTANK函数库和FISH语言,分别定义流体域的流动方程和压力方程,对微生物灌浆过程中菌液在地层中的扩散过程和形态进行了数值模拟计算。通过调节PFC命令流中的注浆压力p、时步step、水力传导系数perm等参数对菌液的注浆过程进行了模拟计算。数值模拟计算表明,灌浆过程中菌液与地基土的作用形式与灌浆压力大小密切相关,过高的注浆压力会对地层结构造成一定的破坏。对钻孔周围土体的应力状态进行了理论推导和分析,理论推导结果与数值模拟结果相符。劈裂灌浆作用发生时,孔隙率和应变率均增加。

微生物灌浆加固边坡的机理及稳定性研究

利用微生物灌浆加固砂质细粒土试验,分析了微生物注浆加固边坡机理,并验证其加固边坡的可行性。依托实际工程并选取典型边坡,利用微生物局部加固边坡的不同位置,设置4种加固方案:护面、护面+固脚、护面+强腰、护面+强腰+固脚。基于FLAC^(3D)利用内置Mohr-Coulomb模型,参照微生物注浆加固试验,定义经微生物注浆处理前后土体的材料性质参数,进行了不同加固方案的边坡稳定性研究。结果表明:4种加固方案中,加固坡脚可以有效提高边坡的稳定性,综合其他因素,建议实际工程中采用护面+固脚的加固方案。

微生物灌浆加固土体技术的发展

在土体加固中,最为常用的材料就是化学浆料与水泥,但是此类常见存在污染大、成本高、能耗高的特点,不利于节能环保的需求。微生物灌浆加固土体技术的存在改善了传统材料的不足,本文主要就微生物灌浆加固土体技术的发展展开综述。

铁基灌浆对液化粉土动力特性的改性研究

采用铁氧菌对液化粉土灌浆,通过动三轴试验,研究了灌浆粉土动弹性模量和动强度的变化,结果显示灌浆后土体的动弹性模量和动强度均明显提高.采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)探讨了铁基灌浆对粉土的改性机理,微观分析显示铁氧菌代谢产物中含有碱式磷酸铁络合物,该络合物具有良好的吸附、絮凝效能,可吸附粉土中游离的阳离子及菌丝等多糖产物,最终形成生物黏泥.生物黏泥可填充土粒间孔隙,胶结土体颗粒,从而增加土体的动力抗剪性能.

电渗生物法灌浆改善粉土中碳酸盐沉积分布的试验研究

为改善生物灌浆诱导碳酸盐在粉土中沉积扩散范围不足和沉积的不均匀性,采用电渗生物灌浆方法(EBM)在粉土中进行灌浆试验。首先研究了不同电压梯度下,脲酶活性的变化规律,在此基础上研究电场下微生物诱导碳酸钙在土中的沉积规律,并与重力灌浆和0.3 MPa低压灌浆方式的沉积效果进行比较。试验结果表明:脲酶活性随电压梯度的增大而降低;电压梯度影响碳酸盐的沉积和分布,当电压梯度在1.0 V/cm附近时,测得的碳酸钙含量沿场强方向变化范围为5.8%~9.6%,碳酸钙的沉积量较多,分布较均匀,而电压梯度为0.5,1.5 V/cm时碳酸钙沉积相对减少,故EBM灌浆的电压梯度宜取1.0 V/cm左右,过低,电渗驱动作用不明显,超过1.5 V/cm,生物活性受到抑制,碳酸钙沉积量反而降低;同土质条件下,重力灌浆的碳酸钙分布范围为0.8%~10.6%,0.3 MPa低压注浆为3.9%~10.2%,故电渗条件有利于生物质在土体孔隙中扩散,使碳酸钙分布更均匀,是一种值得关注的生物灌浆方法。

微生物诱导碳酸钙结晶技术处理可液化砂土地基试验研究及数值模拟

松软的砂土地基在地震等作用下会发生液化,可能造成巨大的灾害。地基抗液化问题的相关研究具有极大的理论意义和工程意义。利用新兴的微生物诱导碳酸钙结晶技术(MICP技术)来处理液化砂土;然后通过三轴固结不排水试验(CU)和动三轴试验来考察其力学性质。试验结果表明:微生物诱导碳酸钙的生成改善了砂土的抗液化性能;最后利用TTS本构模型对其进行数值模拟,表明该模型具有在单元尺度上统一描述砂土及MICP处理后的砂土应力-应变的能力。

微生物固化砂土的研究进展

微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）是一种新兴的土体加固改良技术,该技术具有高效、环保和经济的特点。MICP通过将微生物引入到岩土工程中,利用微生物诱导碳酸钙改善土体的物理力学性能。近年来,生物岩土技术逐渐成为岩土工程的一个热门研究方向。从微生物诱导碳酸钙沉淀的基本原理出发,归纳总结MICP反应中影响因素（细菌、营养液成分、pH、温度和固化方式）对生物固化砂土的影响,阐述生物固化土的岩土工程性质（渗透性、强度、耐久性、液化性、扫描电镜和X射线衍射微观机理）和工程应用（砂土改良、污染土修复、混凝土裂缝修复和飞尘抑制）。通过对国内外MICP方向的文献整理和归纳,探讨MICP发展方向和存在的问题。

河湖减渗工程技术研究综述

阐述河道减渗的概念及其重要性,介绍土工膜减渗、水泥土减渗、膨润土防水毯减渗、黏土减渗及微生物灌浆加固技术等常用的减渗技术,概述各减渗技术的应用条件、应用实例及经济性评价,以期为河道减渗技术的选择提供参考。