MICP加固土质排水沟边坡稳定性分析

【目的】探究应用微生物诱导CaCO3沉淀(MICP)固结土壤技术对于土质排水沟边坡稳定性的影响机制。基于土工直剪试验和数值模拟法研究不同工况下MICP加固的土坡稳定性,为MICP生物护坡措施应用于土坡加固提供理论依据。【方法】选用OD600=0.97的巴氏芽孢杆菌和1 mol/L的固结液(CO(NH_(2))_(2)∶CaCl_(2)=1∶1),固菌比为5∶3,添加15%固结液质量的脲酶抑制剂。布置4个试验土箱,设置对照组CK和固结组C1、C2、C3,对照组喷洒清水,设计入渗10 cm土层,固结组按先固结液后菌液顺序喷洒设计入渗5、10、15 cm土层。对固结后的风干土、饱和土、落干土进行直剪试验,利用直剪结果分析不同工况土坡稳定性。【结果】MICP处理的土体抗剪强度均有所提升;饱和处理后CK、C1、C2、C3的内摩擦角降幅为46.67%,39.73%,28.98%和27.85%,黏聚力降幅76.37%,62.83%,39.09%和51.62%,CK土坡处于欠稳定,C1、C2、C3土坡满足安全要求,黏聚力是影响边坡稳定的主要因素。【结论】MICP可以提高土质排水沟边坡的稳定性,其最佳固结深度是10 cm。

冻融循环作用下MICP固化铅污染土的强度与浸出特性研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术可用于重金属污染土固化稳定修复。本文通过开展无侧限抗压强度、离子浸出及微观试验,主要研究MICP固化铅污染土在冻融循环作用下的强度与化学稳定性,并揭示其微观作用机理。结果表明:随着铅离子浓度的增加,土体的无侧限抗压强度先增大后减小,铅离子浸出浓度增大;随冻融循环次数的增加,土体的强度逐渐降低并趋于稳定,铅离子浸出浓度增大。冻融循环作用后,固化土的主要矿物成分未发生变化;土中的小孔隙数量增加,大孔隙数量基本保持不变。冻融循环作用损伤固化土的碳酸钙胶结与铅离子沉淀结构,致使土体性能劣化。

基于MICP的固化粉尘微生物抑尘剂试验研究

为降低露天煤矿排土场粉尘浓度,减轻和防止粉尘危害。基于微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)固化粉尘技术,探究了环境因素(温度、pH)对巴氏芽孢杆菌生长的影响,通过测定CaCO_(3)的产量来评估细菌浓度、胶结液浓度和营养液浓度对固化效果的影响;通过设计正交试验,采用矩阵分析法对巴氏芽孢杆菌微生物抑尘剂配比进行优化,提出1种新型高效、环保矿用微生物抑尘剂。结果表明:巴氏芽孢杆菌的最佳培养条件为30~35℃、pH7.5左右,微生物抑尘剂适用于偏高温、中碱性环境下的露天煤矿;微生物诱导碳酸钙沉淀过程CaCO_(3)的生成量与营养物质浓度和菌液浓度呈正相关关系,CaCO_(3)的生成量随胶结液浓度(尿素、氯化钙)增大呈现先增大后减小的趋势;巴氏芽孢杆菌微生物抑尘剂具有良好的渗透性、抗强风、保水、抗雨淋等综合性能,巴氏芽孢杆菌微生物抑尘剂成分配比优化方案为:巴氏芽孢杆菌菌液OD600值为1,胶结液(尿素、氯化钙混合溶液)取0.5 mol/L,营养物质溶液取2 g/L。

MICP固化石墨尾矿对其抑尘能力及环境的影响

我国石墨尾矿产量大,堆积而成的尾矿库在没有有效处理的情况下会造成扬尘。微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)作为新型的岩土工程技术可以治理尾矿扬尘。MICP固化石墨尾矿影响因素众多,该文选取3种因素,对固化后的石墨尾矿进行风洞试验,酸碱度试验和易溶盐试验,研究各因素对微生物固化石墨尾矿的抑尘能力和环境的影响。从结果上看,MICP固化后的石墨尾矿试样抑尘能力好,且固化试样后的酸碱度与易溶盐含量变化不大。

硫铝酸盐水泥砂浆的MICP修复试验研究

【目的】利用生物矿化修复技术(MICP)对腐蚀破坏后的硫铝酸盐水泥制品进行修复试验研究。【方法】模拟实际硫铝酸盐水泥制品的破坏进行侵蚀破坏试验,利用MICP技术对破坏的水泥砂浆试块进行修复研究。为确保试块反应充分,利用先浸泡后烘干再浸泡的循环处理方式,使溶液与干燥试块之间形成压力差,并通过试块内部的毛细作用均匀进入试块当中。通过监测试验试块质量和强度变化来探究MICP技术修复的有效性。【结果】随着修复次数不断增加,试块质量在修复处理12次后较未处理时增加4%,抗压强度增加1131%。由试验结果可知,MICP技术能显著避免试块质量损失,提高劣化试块抗压强度。【结论】MICP技术对破坏后硫铝酸盐水泥制品修复具有可行性。

MICP改性水泥土在地基加固中的应用研究

通过对MICP改性水泥土的加固作用机理、技术性能、影响因素、加固效果的分析研究,并通过大量地基处理加固工程实例进行验证,验证结果证明MICP技术具有施工干扰小、施工较为简单、环境友好等优势,在地基加固、抗渗处理、沙漠化治理、重金属治理等大范围工程实践中展现其优越性,但由于技术发展限制,MICP技术改性水泥土在实际工程项目中仍然面临着成本高、强度不均匀、环境污染、脆性破坏及耐久性等关键技术问题。最后提出了MICP改性水泥土在地基加固应用中的关键技术问题的解决思路及发展方向。

基于MICP技术的膨胀土变形控制机理研究

膨胀土因强亲水性遇水浸泡变形迅速增大对渠道及边坡工程等岩土构筑物造成极大安全隐患。基于微生物诱导碳酸钙沉积技术(MICP)固化和改善土体结构的性能特点,开展了巴氏芽孢八叠球菌抑制膨胀土胀变特性试验和机理研究。研究表明,使用巴氏芽孢八叠球菌治理膨胀土,可有效控制膨胀土膨胀变形,其在最优菌液条件下抑制膨胀变形能力可达到99.8%,表明其可行有效。此外膨胀土矿物中游离的钠、钙、锰、铝以及水分子等与菌液的综合化学作用形成的钙化颗粒起到了胶结充填与包裹作用,以及微生物作用促成的膨胀土中蒙脱石向伊利石明显转变,抑制了膨胀土遇水膨胀的能力,降低了膨胀土遇水膨胀变形程度。

MICP技术及其在油气田开发过程中的应用进展

微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)技术是利用微生物的新陈代谢活动诱导沉积碳酸盐,从而对松散物质进行胶结的技术,该技术凭借反应速率可控、高渗透性、绿色环保等优点被广泛应用,具有较好的应用前景。笔者系统综述了MICP技术的作用原理、应用菌种、矿化胶结机制,以及MICP技术在油气田开发领域的应用。MICP技术主要通过尿素水解作用、反硝化作用、硫酸盐还原作用或甲烷氧化作用实现,诱导碳酸盐沉淀的微生物主要分为产胞外聚合物菌、产脲酶菌、反硝化菌、硫酸盐还原菌和甲烷氧化菌。MICP技术的矿化作用产生碳酸盐沉淀,可作为桥梁胶结松散物质,形成统一的整体。将MICP技术应用于油气田开发过程中堵塞孔隙及裂缝,可以在预防出砂的同时改善水驱开发效果,提高油气采收率。

采用MICP加固不同掺砂比例粉土的试验研究

针对微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)处理对象多为单一级配土体的现状,开展颗粒级配对MICP加固效果影响的试验研究.通过在粉土中掺入不同比例的标准砂来配置5种不同级配的土样.选用巴氏芽孢杆菌作为微生物,尿素和氯化钙作为胶结液来进行MICP处理.由于制样的密实程度会影响加固效果,将每种级配试样的干密度控制为5个水平.通过试验研究掺砂比例、密实水平等对加固效果的影响.结果表明:试样经过MICP处理得到了整体加固,在粉土中掺入一定比例砂土有助于提高水稳定性.掺砂比例和密实水平对CaCO_(3)生成量和无侧限抗压强度都有影响.在粉土中掺入适量的砂土颗粒有利于提高加固强度;但当砂土掺量过高时,对加固效果有不利影响.增加制样干密度在一定程度上有助于获得更高的强度,但加固强度并不完全取决于初始干密度或孔隙比.

MICP固化粉煤灰的强度效应与机制分析

粉煤灰具有颗粒细、相对质量密度小、孔隙比大的特点,为了实现粉煤灰的有效利用和粉尘污染控制,应用微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)方法,考虑自然蒸发和湿缸养护两种条件,研究了微生物反应机理、强化特性及影响因素。结果表明:①微生物在粉煤灰中产生的碳酸钙为方解石,含量从7%最大增加到15.3%;②MICP湿缸固化条件下,无侧限抗压强度最大提高6.55倍,达97.63 kPa;③固化强度随营养物浓度的增加表现为先增大后降低,保湿缸和自然蒸发条件下的最佳营养浓度分别为0.5 mol/L和1.0 mol/L;④微生物固化粉煤灰可以减少内部水分损失,保水效果明显,还具有良好的抑尘应用前景。

采煤地裂缝MICP修复规律及影响因素实验研究

西北黄土覆盖区采煤地裂缝造成浅表水资源漏失和土体失稳,为此开展黄土覆盖区采煤地裂缝微生物诱导碳酸钙(CaCO_(3))沉淀(Microbial Induced Carbonate Precipitation,MICP)修复实验研究。以陕北柠条塔煤矿为研究背景,对采煤地裂缝特征进行观测,揭示采煤地裂缝发育特征。结合矿山压力观测,划分黄土采煤地裂缝类型。基于采煤地裂缝分类和特征,采用无侧限抗压实验、三轴抗压实验、变水头渗透实验及三轴渗透实验,对比测试了两类裂缝黄土MICP修复样品的力学和水理参数。基于修复体pH、MICP CaCO_(3)产量和扫描电镜测试结果,剖析采煤地裂缝MICP修复影响因素。结果表明:黄土覆盖区采煤地裂缝可分为边界地裂缝和内部地裂缝2种类型。边界地裂缝条件下,菌液和胶结液的最佳比例为1.2∶1.0。内部地裂缝条件下,裂缝充填物中风积沙与黄土的最佳比例为1∶1,菌液和胶结液的最佳比例为1∶1。黄土覆盖区不同类型采煤地裂缝的开度差异,造成CaCO_(3)产率相差31.2%,因此,边界地裂缝较内部地裂缝最佳MICP修复液中胶结液成分所占比例更大。裂缝充填物中风积沙与黄土为1∶1时,充填物与修复液混合体的pH为9.2。该pH环境CaCO_(3)产率可达88%,促进了MICP高效运行。研究成果为黄土覆盖区采煤地裂缝修复提供了参考。

MICP加固粉土的渗透特性及微观机理

针对黄河冲积平原地区的粉土颗粒均匀、黏聚力低、水稳性差,雨季时易出现水害,然而现有加固方法环保性不足的问题,利用绿色环保的微生物诱导碳酸钙沉淀(Microbially Induced Calcite Precipitation,MICP)技术进行加固.首先,选用巴氏芽孢杆菌作为微生物,通过多轮注浆制得MICP加固土样.然后,采用三轴渗透试验研究其渗透特性.最后,结合其内部碳酸钙含量测定、电镜扫描结果揭示微观机理.研究结果表明:MICP加固可使粉土渗透系数降低96%;渗透系数和其内部平均碳酸钙产量之间呈线性关系,且渗透系数随胶结液浓度和加固轮数的增加而降低,但趋势逐渐变缓.MICP反应在粉土中产生的碳酸钙晶体为菱形聚合物,且主要分布在粉土颗粒表面、土颗粒间孔隙及孔喉处,起到覆膜、粘连和封堵作用,进而降低渗透系数.相关研究成果可为MICP技术在改良加固粉土中的应用提供理论支持和技术参考.

岛礁工程MICP加固技术研究进展

近年来,微生物诱导碳酸钙沉积技术(MICP)成为岩土工程领域的热点方向,其中岛礁背景下的MICP加固技术更是具有广阔前景.本文系统总结了微生物矿化作用基本原理以及岛礁工程建设中的MICP技术最新进展,得出了以下结论:MICP反应产物是碳酸钙,与钙质砂成分相同,满足岛礁生态需求;岛礁温度、p H条件适宜MICP反应,仍需深入研究辐射、波流条件等岛礁特殊环境因素对MICP反应的影响;岛礁微生物技术能大幅提升钙质地层强度、刚度、桩基承载力、岸坡抗波流侵蚀能力,对于固岛强岛意义重大,需进一步通过现场原位加固试验验证该技术在岛礁环境下的适用性.目前,MICP数值模型研究尚处于起步阶段,主要通过单元试验、模型试验验证,需开发可考虑岛礁环境(温度、p H、波流等)的MICP多过程数值理论模型,基于现场原位尺度试验验证其准确性.研究工作可为岛礁环境下的MICP加固提供参考.

酸雨淋溶下MICP固化铅污染土的淋滤特性研究

酸雨可与MICP矿化作用过程中生成的碳酸盐反应,破坏材料的结构强度,使被固定的重金属离子再次释放,但该技术在酸雨环境下的研究较少,耐酸腐蚀性尚不明确,因此对酸雨入渗作用下MICP固化重金属污染土的淋滤特性的研究具有现实意义。本文设计了pH值为3.5、4.5、5.6的3种典型的酸雨条件,用pH值为7.5的去离子水作对照,通过土柱淋滤的方法对MICP固化粉土进行了实验研究,分析不同酸雨pH值对MICP固化铅污染土样的强度、pH值、Pb^(2+)、Ca^(2+)淋出量及Pb^(2+)赋存形态的影响。结果表明:随酸液pH值降低,MICP固化试样的强度降低,淋出液pH值降低,Pb^(2+)、Ca^(2+)淋出量增加,固化试样中可交换态的Pb2+增加,当pH值为5.6时,试样受酸雨影响较小,pH值降为3.5时,试样变化显著。

椰壳纤维-MICP复合改良膨胀土强度特性

采用椰壳纤维联合微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术对南水北调中线工程南阳段的膨胀土进行试验改良,开展无侧限抗压强度试验,对比分析素土、纤维土、MICP土以及复合改良土的应力应变特征曲线和破坏形态,并利用响应面法试验研究了椰壳纤维掺量、处理液掺量和胶结液浓度对改良膨胀土无侧限抗压强度的影响,得其最优配比。结果表明:单掺纤维和MICP技术改良均可提升膨胀土的无侧限抗压强度,而复合改良土强度提升最明显,纤维最佳掺量为0.5%;在轴向压力作用下,素土破坏形态表现为“脆性破坏”,MICP土表现为“完全脆性破坏”,纤维土表现为“塑性破坏”,复合改良土表现为“弹塑性破坏”;经统计软件方差分析,对复合改良土强度影响最主要因素是胶结液浓度,其次为处理液掺量、纤维掺量。

基于MICP的水体重金属微生物修复技术研究进展

随着采矿业和工业化的发展,水体的重金属污染成了亟需解决的环境问题。近年来通过微生物矿化修复重金属污染的方法受到较多的关注,其中以微生物诱导碳酸盐沉淀技术(MICP)为代表的生物矿化得到了广泛的研究。该文综述了MICP相关的尿素水解、氨基酸氨化、反硝化、硫酸盐还原、甲烷氧化和光合作用等6种代谢过程,及其在铅、铜、锌、镉、铬、铀和锶等常见重金属元素生物矿化中的研究进展,并分析了重金属浓度、尿素浓度、钙源及其浓度、pH值、温度和生物矿物形态等对MICP的影响。分析认为优化MICP工艺参数、筛选对重金属高耐受的MICP微生物,有利于提高重金属去除率,是该领域的发展方向。

MICP复合材料固化软土一维固结试验及机理研究

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术广泛应用于土体改良,其生态友好特性符合当今环境保护和可持续发展理念。然而由于软土的特殊工程性质,MICP加固软土的研究鲜有报道。文章研究了微生物—砂井与微生物—生物炭两种复合材料加固软土的一维固结压缩试验,实验方法分别采用微生物—砂井联合真空排水法和微生物—生物炭直接拌合法,探究了砂井数量、生物炭掺量对加固效果的影响,基于扫描电子显微镜(SEM)测试与XRD衍射试验,获得了固化软土的微观结构特征。结果表明:经MICP作用后的软土孔隙比随砂井数量和生物炭掺量的增加显著降低,当生物炭掺量在一定范围(8%左右)内能够减小压缩系数,增大压缩模量。碳酸钙含量测定结果显示碳酸钙生成量随深度增加逐渐减少,分布具有不均匀性。微观测试表明:两种实验方法处理后的软土中均出现大量碳酸钙聚集体且填充于颗粒接触处,碳酸钙晶体类型主要为球霰石。

MICP结合南海岛礁资源加固珊瑚砂的方法及效果研究

为解决南海岛礁地基加固所需材料运输困难的问题,利用双极膜电渗析系统和海水生成盐酸,溶解岛礁上的珊瑚砂后得到MICP加固所需的自制钙源。然后通过自制钙源、化学纯钙源的MICP水溶液及砂柱加固对比试验,研究了自制钙源的适用性及加固效果。结果表明:通过双极膜电渗析装置可制得1.5 mol/L的盐酸,溶解珊瑚砂即可得到氯化钙纯度为94.9%以上的自制氯化钙溶液,其MICP水溶液试验的效果优于化学纯钙源组,自制钙源组的加固后砂柱强度均值为2.1 MPa,远高于化学纯钙源组的628 kPa。自制钙源中的镁、铝离子等能改变沉淀矿物形貌和成分,同时可生成更多的碳酸钙,使得自制钙源组加固砂柱的总体效果优于化学纯钙源组。

碳中和背景下MICP技术深化与应用

MICP技术是近些年来应用于岩土工程和环境工程的一种新型环保处理技术,该技术主要是利用微生物在代谢时会诱导形成碳酸钙晶体、将分散的土体颗粒胶结形成整体或在土体颗粒之间形成桥接,从而达到改良土体的目的。首先介绍了MICP技术的固化机理,同时对固化工艺、原材料浓度等固化效果影响因素进行了评述,并对MICP技术在土体加固、改良再生骨料、土壤修复等领域的应用进行了总结,最后在细菌培养、长期稳定性、副产物处理等方面可能面临的挑战进行了展望。

MICP加固钙质砂的耐久性试验研究

南海岛礁建设中,钙质砂是易于获取的原材料,但也存在孔隙多、易破碎等不足。为保证岛礁建设的安全稳定,设计经微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)加固后钙质砂试样在海水、纯水环境下分别进行浸泡与干湿循环试验,以探究不同环境与处理方式对MICP加固钙质砂样耐久性能的影响。结果表明:(1)经MICP加固的钙质砂具有较好的抗侵蚀能力,通过增加钙质砂的加固轮次能够有效地提高试样的耐久性能,其在海水中干湿循环时劣化最快,在纯水中浸泡时劣化最慢;(2)持续浸泡与干湿循环均会对试样耐久性造成不利影响,干湿循环的劣化作用更大;(3)控制其余变量不变时,海水环境下试样耐久性能的劣化比纯水环境下更严重。