胶结液浓度对MICP固化残积土力学性能影响及机理研究

为分析微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术对加固花岗岩残积土的适宜性,以及胶结液浓度对固化效果的影响,通过开展无侧限压缩和三轴剪切试验,对5组不同胶结液浓度的固化土试样进行力学测试,并基于扫描电镜图像和X射线衍射图谱分析MICP固化机理。试验结果表明:当胶结液浓度为2 mol/L时,固化土的无侧限抗压强度和弹性模量分别提高47.15%和82.08%,残积土的破坏模式从局部压裂破坏转变为整体剪切破坏;MICP固化残积土的抗剪强度随胶结液浓度增加得到较大程度提升,在2 mol/L胶结液作用下,黏聚力和内摩擦角增幅分别为127.62%和36.50%;碳酸钙晶体主要分布在土颗粒表面、孔隙以及接触点上,在土体内部分别发挥着包裹、填充和胶结作用;细菌与胶结液反应生成的碳酸钙沉淀主要以方解石晶体的形式存在。研究成果可为花岗岩残积土的改性提供参考,拓宽了MICP在非均质土中的应用范围。

胶结液浓度对微生物注浆加固海相粉土的影响

利用微生物诱导碳酸钙沉积来胶结加固土体是当前岩土领域的研究热点。根据已有研究,胶结液浓度对微生物注浆效果有显著影响,但目前对粉土的研究较少。以海相粉土为处理对象,通过一组室内试验来分析胶结液浓度对加固效果的影响。采用多轮注浆的方法进行加固,即首轮注入菌液,然后根据需要注入不同轮数和浓度的胶结液。试验结果表明:在仅注入一轮胶结液时,碳酸钙沉积效率随着胶结液浓度的提高而下降,浓度为0.5 mol/L时的沉积效率最高。当注入多轮胶结液时,试样中沉积生成的碳酸钙比较均匀。随着胶结液注入轮数的增加,采用较低浓度胶结液加固的试样具有更高的碳酸钙沉积效率。在使用同等数量胶结液物质的条件下,低浓度处理后试样的无侧限抗压强度更高。因此对于用微生物注浆方法处理海相粉土,当采用多轮注入胶结液进行加固时,应选择合适的胶结液浓度。

胶结液参数对微生物加固粉土的影响

胶结液对微生物土体加固具有重要作用,以海相粉土为处理对象,选用巴氏芽孢杆菌作为微生物、尿素和氯化钙作为胶结液,研究胶结液参数对加固效果的影响.采用将菌液与粉土拌合制样,然后入渗多轮胶结液的方法对试样进行有效加固.通过试验研究了浓度、轮数、配比、体积等胶结液参数对加固效果的影响.结果表明:当胶结液浓度不低于0.50 mol/L时,试样水稳定性较好;试样中沉积的CaCO_(3)数量和无侧限抗压强度随着胶结液相对用量增加而提高,但当胶结液浓度为1.50 mol/L时,CaCO_(3)均匀性和无侧限抗压强度都有明显下降;增加胶结液中尿素的比例对加固效果的影响很小;减小每轮胶结液入渗体积会使加固的整体性明显下降,因此每轮胶结液的体积不应低于孔隙体积.试验和SEM结果表明,胶结液浓度会影响CaCO_(3)分布和晶体大小,从而影响加固强度.

微生物矿化对黏土渗透性影响的试验研究

为探究矿化对黏土渗透性的影响,采用球形赖氨酸芽孢杆菌属kp-22菌诱导矿化处理黏土,测定了碳酸盐生成率,研究了矿化处理后黏土的渗透性,系统分析了渗透系数随菌液OD600值、胶结液浓度和土中镉含量变化的规律,探讨了各因素对渗透系数的影响规律及机理,建立了考虑菌液OD600值和胶结液浓度影响的矿化后黏土渗透系数的经验公式。结果表明:矿化后的土样中生成了碳酸盐颗粒,填充了部分土体孔隙,渗透系数最多可降低约一个数量级;随着菌液OD600值的增大,矿化后黏土的碳酸盐生成率先升高后逐渐稳定,而土样的渗透系数先减小后趋于平稳,当菌液OD600值大于0.9时,碳酸盐生成率和渗透系数都变化很小;随着胶结液浓度增大,碳酸盐生成率先升高后下降,而渗透系数先减小后增大,当胶结液浓度为0.8 mol/L时,黏土的渗透系数最小;随着土中镉含量的增大,矿化反应受到抑制,渗透系数逐渐增大;矿化后黏土的渗透系数与碳酸盐生成率负相关,两者满足线性关系;所建立的矿化后黏土渗透系数经验公式计算值与试验结果吻合较好。

微生物诱导碳酸钙沉积技术改性黄土结构强度试验研究

我国黄土地区的水土流失和地质灾害问题异常严重,这主要与黄土较差的工程地质性质有关。提出采用微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术对黄土进行改性处理,以改善其力学性质。采用喷洒法的方式将制备好的微生物菌液和胶结液依次喷洒在土样表面进行MICP处理,基于贯入试验和碳酸钙含量测定试验,分析不同MICP胶结轮次(3次、5次、7次)和胶结液浓度(0.5 M、1 M、1.5 M)对MICP胶结土样结构强度和碳酸钙含量的影响。结果表明:(1)MICP技术能显著提高黄土的结构强度,并在黄土表面形成一层高强度的硬化壳;(2)随着胶结轮次增加,土体的硬化壳强度和厚度、内部强度逐渐增大,碳酸钙含量也随之增高;(3)胶结液浓度对MICP改性效果影响显著,1.0 M胶结液浓度的处理效果最好,其表层结构强度最高可达600 k Pa,内部完整性好,1.5 M的次之,仅在表面形成较薄的硬化壳,内部强度低,0.5 M胶结液浓度处理的土体力学性质改良不明显;(4)MICP改善黄土结构强度的作用机理主要是微生物诱导生成的碳酸钙胶结土颗粒,极大提升土颗粒之间的联接强度,从而显著改善土体的力学特性。

微生物诱导碳酸钙沉淀加固土体影响因素分析

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)是一种复杂的微生物化学过程,其中沉淀量、沉淀速率以及胶结沉淀的结晶形式受多种因素影响,除了外界环境、材料特性和加固方式等因素外,胶结液浓度、养护时长等对微生物加固土体也起着决定性的作用。以黄土为研究对象,采用拌合的方法对重塑黄土进行加固,研究不同胶结浓度和养护天数对微生物固化黄土的影响。通过试验发现,微生物固化黄土具有可行性。胶结液会影响微生物固化黄土试样的强度,胶结液浓度为1 mol/L时的试样强度高于其他浓度胶结液,微生物固化黄土试样的无侧限抗压强度随着碳酸钙沉积效率的增加而增大。最后通过分析养护天数对微生物固化黄土的强度影响,得到养护时长为14 d~28 d下试样的加固效果更好。分析结果可为微生物诱导碳酸钙沉淀加固黄土提供试验性的参考。

微生物诱导碳酸钙沉积加固有机质黏土的试验研究

利用尿素水解菌ATCC 11859,开展了不同胶结液浓度下MICP压力灌浆加固有机质黏土的研究试验。通过试验前后试样的无侧限抗压强度、CaCO_3含量、渗透系数、有机质含量以及灌浆过程中流出液Ca^(2+)与NH_4^+浓度的变化,综合评价了MICP压力灌浆加固有机质黏土的效果。结果表明:MICP压力灌浆加固有机质黏土是有效的,处理后试样有机质含量可降低1%～4%,无侧限抗压强度提高可达370%,渗透系数可降低约1个数量级;在本试验的菌液活性(即每分钟水解尿素的量为9.68毫摩尔每升)及浓度(约108 cell/mL)下,胶结液浓度对处理效果有明显影响,提高0.25M胶结液中的urea浓度,可显著提高处理后土体的无侧限抗压强度。

MICP技术改性膨胀土试验研究

为了探究膨胀土新型改良技术,引进微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)新型环保的土体加固技术,利用巴氏芽孢八叠球菌开展MICP压力灌浆改性膨胀土室内试验,研究了胶结液浓度对膨胀土力学性能、微观结构及水理特性的影响,揭示了MICP技术改性膨胀土的作用机理,评价了MICP压力灌浆改性膨胀土试验的效果。试验结果表明:灌浆处理后试样的无侧限抗压强度最大增加了379.4%,土体刚度也有所提高;试样的膨胀性、渗透性均有明显改善,膨胀力最高可减少25.3 kPa,渗透系数最大减少3个数量级;试验改性效果随着胶结液浓度的增大而提高,但当胶结液浓度增大到一定程度后,改性效果不再显著。研究成果验证了MICP技术用于改性膨胀土的有效性和可行性。

微生物加固黏土的影响因素与机理分析

为了在岩土和环境工程中更好推广应用微生物诱导碳酸钙沉淀加固技术,本文开展了微生物加固黏土的试验研究,分析了微生物加固黏土试验的主要影响因素,并通过宏观试验结合微观分析的方法研究其加固机理。试验结果表明:适宜的培养基、接种比例和培养环境(温度、pH值)有利于微生物的生长繁殖;在一定脲酶活性条件下,养护温度、养护时间、胶结液的浓度和比例均对微生物诱导碳酸钙的生成量影响显著;碳酸钙的生成量直接影响微生物加固黏土的加固效果,微生物加固黏土的无侧限抗压强度与碳酸钙生成量成正相关,其养护7d的无侧限抗压强度可提高50%以上,破坏应变可降低约70%;微生物加固黏土表面形成大量晶体,实现了土颗粒间的胶结,填充了颗粒间的孔隙,增加了黏聚力和内摩擦角,从而提高了土体强度。

不同处理工艺下微生物对岩石裂缝加固效果影响

随着微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术在岩石裂缝修复领域研究的深入,该技术在实际工程中的应用也日渐广泛。为深入研究不同处理工艺条件、胶结液浓度对MICP技术加固岩石裂缝效果的影响,采用蠕动泵注浆和浸泡灌浆两种不同工艺对岩石裂缝加固进行室内试验,确定最优微生物加固岩石裂缝工艺。经试验得出最优的处理工艺条件参数,并在此基础上开展不同胶结液浓度(0.5、0.7和1.0 mol/L)条件下微生物浸泡灌浆加固岩石裂缝试验,进行胶结液浓度对加固效果影响的量化分析。结果表明:相同胶结液浓度条件下,蠕动泵注浆工艺和浸泡灌浆工艺加固岩石裂缝后界面抗剪强度分别为0.28和0.89 kPa,后者约为前者的3.2倍;浸泡灌浆处理工艺条件下胶结液浓度对加固后岩石试样界面抗剪强度影响显著,随着胶结液浓度的增大,加固与未加固裂缝界面黏聚力的比值呈线性增长。不同形状岩样的试验结果表明,圆柱体岩样加固后裂缝界面黏聚力增长速度要明显高于长方体岩样。

微生物固化淤泥质软土影响因素试验研究

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术是岩土工程领域新兴起的绿色环保地基加固方法,目前对MICP技术加固地基的研究多集中于粒径和孔隙较大的砂土中[1],对于粒径小的软土研究较少。本文基于不固结不排水三轴剪切试验对MICP技术加固软土的效果进行了初步研究,探讨了菌液浓度、胶结液浓度、养护时间的变化对MICP固化软土三轴强度的影响,结果表明,MICP技术通过拌和法加固软土是有效的,加固后试样的不固结不排水三轴剪切强度可提高2~3倍。适当提高胶结液和菌液的浓度,试样的力学性能有明显提高。

微生物诱导碳酸钙沉积加固海相粉土的试验研究

通过微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)来改良加固土体是当前岩土领域的研究热点,但关于处理粉土方面的研究相对较少.本文以江苏省吹填工程为背景,选用巴氏芽孢杆菌作为微生物、尿素和氯化钙作为胶结液,采用注浆的方法对海相粉土进行加固.通过试验发现,相比菌液和胶结液交替注入的方法,采用首轮注入菌液然后多轮注入胶结液的方法加固效果较好.注浆时的一个重要参数是不同轮次注入液体的间隔时间.根据不同间隔时间的对比试验,选择12h的间隔时间有利于碳酸钙在试样中的均匀沉积,处理后的试验强度较高.胶结液浓度会影响加固试样的强度,不同胶结液浓度的对比试验表明,采用低浓度多轮次的胶结液处理效果较好.最后,通过试验分析了环境温度对微生物注浆的影响.本次试验成果可以为微生物技术在海相粉土中的应用提供理论支持和参考.

微生物矿化加固粉土的试验研究

目前利用微生物矿化技术胶结加固土体多采用注浆的方法,容易出现生成物分布不均匀及注浆口堵塞的问题.本文以海相粉土为处理对象,选用巴氏芽孢杆菌作为微生物,尿素和氯化钙作为胶结液,采用将菌液与粉土拌合制样,然后从表面多轮入渗胶结液的方法对试样进行整体加固.为确定试验参数,采用血球计数板法确定出菌液在土中的留存时间,通过测定流出液电导率的变化确定出胶结液处理的间隔时间.选取了不同浓度的胶结液分不同入渗轮数进行了试验,结果表明:当胶结液浓度不低于0.50 mol/L时,试样整体的水稳定性较好;试样中生成的CaCO_(3)数量和无侧限抗压强度均随着胶结液浓度增加而提高,但当胶结液浓度为1.50 mol/L时,试样的均匀性和无侧限抗压强度都有明显下降.扫描电子显微镜(SEM)结果显示强度高的试样中,生成的六面形CaCO_(3)晶体更多且尺寸更大.在胶结液浓度处于0.50~1.25 mol/L时,试样的无侧限抗压强度随着CaCO_(3)含量呈指数上升.对胶结液多轮入渗下的表面入渗率进行了测定,结果表明经加固后的试样仍保留了一定的透水性.

基于微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)改善淤泥质土强度

采用微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)对淤泥质土进行处理,用于提高淤泥质土的强度。以武汉东湖淤泥为研究对象,对MICP改性淤泥质土进行快剪试验与固结快剪试验。试验结果表明:MICP改性淤泥质土能增大淤泥质土的内摩擦角,对其黏聚力改变较小;MICP改性淤泥质土,胶结液浓度在1mol/L时对土体内摩擦角提高效果最好,快剪试验中MICP改性淤泥质土的内摩擦角从素土的8.54°提升至23.18°,提升了171.4%;固结快剪试验中MICP改性淤泥质土的摩擦角从15.96°提升至25.36°,提升了58.9%;MICP改性淤泥质土,生成碳酸盐沉积把土体小颗粒胶结成大颗粒,提高了土体大颗粒的质量分数。