【摘 要】
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微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术是利用微生物分解尿素产生的碳酸根离子与钙离子反应最终生成碳酸钙沉淀的过程。利用碳酸钙沉淀来填充土颗粒空隙并胶结相邻的土颗粒,使松散土体黏结成具有一定强度的固化土体,从而提高土体的力学性能。MICP技术作为一种新型的地基加固处理方式,得到了广泛的关注。然而,目前关于MICP的研究大多未从土体实际所处的环境出发,只考虑淡水环境下土体的加固研究。但在工程实践中,诸多土
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微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术是利用微生物分解尿素产生的碳酸根离子与钙离子反应最终生成碳酸钙沉淀的过程。利用碳酸钙沉淀来填充土颗粒空隙并胶结相邻的土颗粒,使松散土体黏结成具有一定强度的固化土体,从而提高土体的力学性能。MICP技术作为一种新型的地基加固处理方式,得到了广泛的关注。然而,目前关于MICP的研究大多未从土体实际所处的环境出发,只考虑淡水环境下土体的加固研究。但在工程实践中,诸多土体所处的地下水环境并非是纯水环境,而是富含多种离子、具有一定盐度的溶液环境。因此,为了研究土体中的盐溶液对MICP加固土体性能的影响,本文利用Na Cl分别配置浓度为0,20,35,60,80,100g/L的盐溶液,采用巴氏芽孢杆菌,在不同浓度的盐溶液环境下进行了MICP的细菌活性试验、溶液内矿化试验。并对不同浓度的盐溶液环境下MICP固化砂样进行无侧限抗压试验、碳酸钙含量试验、干密度试验、吸水率试验和单向振动三轴试验,系统研究微生物和脲酶在不同浓度盐溶液环境下活性的变化,并比较不同浓度盐溶液环境下MICP加固钙质砂的性能效果及差异。结合光学显微镜,XRD物相分析和SEM扫描电镜试验,对试样加固机理进行分析。本文的主要研究结论和成果如下:(1)盐溶液的存在会抑制细菌的生长和繁殖,这种抑制作用随盐溶液浓度的提高而提高。模拟海水环境下细菌的生长和脲酶的活性虽然受到抑制,但抑制作用没有过大,并不至于使细菌完全丧失活性,证明了在海水环境下MICP加固砂土的可行性。(2)溶液内矿化试验中,碳酸钙产量的变化趋势与细菌活性的变化趋势基本一致,细菌活性的衰减是盐溶液环境下碳酸钙产量降低的原因,也是砂柱加固强度降低的根本原因,而碳酸钙生成量的降低则是砂柱加固强度降低的最直接原因。(3)砂样的无侧限抗压强度随盐溶液浓度的提高而降低,盐溶液会降低MICP加固砂样的效果,实验结果与细菌活性试验和溶液内矿化试验的结果一致。从强度、干密度和吸水率等试验结果来看,模拟海水环境下的加固效果仍然可观。(4)不同浓度的盐溶液环境下,经过MICP加固的试样其动强度随盐溶液浓度的增加而降低,但无论哪种浓度盐溶液环境下,MICP加固试样的动强度均比没有MICP加固试样的高。经过MICP处理后的砂土,极大的提高了其抗液化性能。(5)从微观结构试验可以得到,碳酸钙生成量随盐溶液浓度的提高而逐渐减少,在砂颗粒的填充密度也随之降低,碳酸钙的存在形式由包裹覆盖转变为附着,使得砂颗粒之间的有效连接减少,从而减低砂柱的强度。(6)在盐溶液环境下,由于细菌的细胞膜类似于半透膜,且细菌内部与外界产生浓度差,使得细菌内部的水往外渗,造成细菌失水,影响细菌正常的生长繁殖,甚至导致细菌还没被MICP产生的碳酸钙晶体完全包裹却提前死亡,并没有充分发挥其作用。碳酸钙含量的降低直接导致试样的干密度和无侧限抗压强度的降低和吸水率的增加,从而降低加固效果。
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