微生物浸泡砂土固化試驗(yàn)及細(xì)觀力學(xué)模擬研究.pdf

1、微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積技術(shù)作為一項(xiàng)綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的新型技術(shù)，得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注與深入研究。此項(xiàng)技術(shù)具有固化膠結(jié)松散砂土顆粒的潛在價(jià)值，可應(yīng)用于加固軟弱地基、防風(fēng)治沙等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，由于其能耗少、污染輕、相容性好等優(yōu)勢(shì)，具有較高的生態(tài)利用價(jià)值。本文著重探討MICP技術(shù)在砂土固化領(lǐng)域的應(yīng)用，設(shè)計(jì)礦化試驗(yàn)研究了不同影響因素下微生物浸泡砂土的固化效果與力學(xué)特性，并從微細(xì)觀角度進(jìn)行了深入分析。首先從微生物的活化與培養(yǎng)繁殖入手，

2、探索微生物的生長(zhǎng)特性及變量因素并開展溶液內(nèi)礦化反應(yīng);繼而探索不同固化工藝對(duì)松散砂顆粒的固化效果，重點(diǎn)研究砂顆粒粒徑尺寸、菌液初始濃度和膠結(jié)液初始濃度對(duì)試樣固化效果的影響，并分析礦化過程中注液循環(huán)批次、測(cè)試強(qiáng)度和碳酸鈣含量變化規(guī)律;最后利用SEM掃描電鏡分析探明了礦化產(chǎn)物的形成規(guī)律，使用基于離散單元法的數(shù)值軟件PFC得出了礦化試樣加載過程中的細(xì)觀力學(xué)特征。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴微生物的脲酶活性與菌液濃度呈正比例關(guān)系。不同濃度菌

3、液在靜置過程中，其濃度和脲酶活性會(huì)隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸降低;不同濃度菌液-鈣離子礦化組合時(shí)具有不同的最佳礦化反應(yīng)時(shí)間。在開展礦化試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使用摩爾比為1∶1的尿素與CaCl2作為誘導(dǎo)物質(zhì)，在較高溫度（不超過50℃），在pH值為6.0-9.0范圍內(nèi)開展礦化試驗(yàn)。⑵在應(yīng)用MICP技術(shù)進(jìn)行砂土固化時(shí)，采用垂直滲透固化工藝的方法有利于提高固化試樣的均勻性，同時(shí)符合實(shí)際工程的應(yīng)用。按此工藝固化成型的砂顆粒試樣，試樣的抗壓強(qiáng)度目前最高達(dá)到3.26 M

4、Pa，抗拉強(qiáng)度最高達(dá)到0.79 MPa。在所研究的變量因素中，顆粒粒徑尺寸對(duì)固化效果的影響最為明顯，大空隙率砂土有利于礦化產(chǎn)物的填充積累達(dá)到良好的固化效果。菌液濃度與膠結(jié)液濃度的高低組合，影響著礦化反應(yīng)的速率和礦化均勻性。采用菌液初始OD值0.5，膠結(jié)液濃度0.5mol/L的組合注液工況，相對(duì)其他工況而言，其礦化反應(yīng)的可控性較好，具有較為理想的固化效果。注液循環(huán)批次、碳酸鈣含量與強(qiáng)度值亦存在一定的聯(lián)系，即提高注液循環(huán)批次，有利于砂礫間碳

5、酸鈣含量的提升，而強(qiáng)度值隨碳酸鈣含量的增多呈逐漸增長(zhǎng)趨勢(shì)。⑶在本文的試驗(yàn)條件下，通過SEM掃描電鏡觀測(cè)到的溶液內(nèi)微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積的礦化產(chǎn)物大部分為球狀的球霰石，并且在菌液初始濃度相同的情況下，隨著膠結(jié)液濃度的提高，礦化產(chǎn)物的顆粒尺寸呈逐漸增大的趨勢(shì)。而在砂礫下，隨著膠結(jié)液濃度的提高，礦化產(chǎn)物的顆粒尺寸呈逐漸增大的趨勢(shì)。而在砂礫間的礦化反應(yīng)，礦化產(chǎn)物多為不規(guī)則多面體所堆積而成的方解石，說明砂礫間礦化反應(yīng)較為復(fù)雜。⑷在離散元細(xì)觀力學(xué)分析