化学处理方式对微生物固化砂土强度影响研究

微生物固化(microbial-induced calcite precipitation, 简称为MICP)技术是岩土工程领域新兴起的一种地基处理技术,利用微生物诱导产生的碳酸钙晶体胶结松散土颗粒,改善土体的力学特性。选用巴氏芽孢杆菌作为固化细菌,采用单一浓度（0.5、1.0 mol）和多浓度相结合（前期采用0.5 mol,后期采用1.0 mol）的化学处理方式注射胶结液（尿素/氯化钙混合液）,研究化学处理方式对微生物固化砂土强度的影响。基于试验测试分析了固化砂土试样的强度、破坏模式以及碳酸钙含量。试验结果表明,化学处理方式对固化砂土试样的强度有显著影响,对破坏模式和碳酸钙含量无明显影响;多浓度相结合的化学处理方式能够以较少的灌浆次数获取较高强度的试样。最后,对化学处理方式对强度影响的机制进行深入分析。     

微生物沉积碳酸钙固化砂土试验研究

砂土固化对增加砂土强度、减小渗透性极为有利,可提高和改善砂土的力学特性。通过培养基L进行菌种繁殖,研究了不同条件下的细菌生长特性;分析流出液的pH值和Ca~(2+)浓度的内在关系,揭示了固化砂柱的渗透性、无侧限抗压强度变化规律;通过微观结构阐释微生物固化效果,并研究了Ca~(2+)浓度与试样强度的关系。结果表明:2mL细菌母液加入100mL培养液并在30℃、pH为6,150rpm振动速度的条件下最适宜菌种生长;固化过程中,pH值逐渐降低,而Ca~(2+)浓度则增大;采用0.5mol/L胶凝液固化效果较好且固化周期短;固化后砂土颗粒间孔隙被生成的碳酸钙填充;试样渗透性最终降低3~4个数量级;流速越小,固化时间越长,固化效果越好;且固化试样破坏模式都是脆性破坏;采用尿素和醋酸钙混合溶液作为胶凝液,更能提高Ca~(2+)利用率。     

功能组分对固化土早期强度的影响研究

根据红黏土的特点,为解决其固化土早期强度低、水稳定性差等问题,提出了使用膨胀组分、早强组分、减薄双电层结构组分、防水组分等功能组分来提高硫铝酸盐水泥固化土的早期强度。通过单掺试验,优选出了硬脂酸铝、三乙醇胺、Fe(NO_3)_3和石膏作为土壤固化材料的功能组分,并通过正交试验,确定了功能组分的最优配方。在该配方下,固化土的7d无侧限抗压强度达到了8.60 MPa。利用XRD、SEM等微观表征,对比分析了掺入功能组分前、后固化土的矿物组成以及微观形貌结构变化,结果表明:适量的功能组分掺入有利于高强、难溶具有膨胀性的矿物晶体生成,从而提高固化土早期强度,但功能组分掺量过高,由于矿物晶体过多膨胀作用以及憎水膜的阻碍作用,改变了固化土的联结方式,使其早期强度降低。     

微生物沉积碳酸钙固化砂质黏性紫色土试验研究

重庆紫色土是一种砂质黏性土,地区降雨集中,水力冲蚀作用剧烈,极易产生水土流失,微生物诱导方解石沉积(MICP)技术因能耗低、污染小而广泛应用于土体加固中。通过正交试验优化了巨大芽孢杆菌(BNCC 336739)的培养基和培养条件,活菌数增长126%,活性良好。采用巨大芽孢杆菌,进行低水压(9.8kPa)灌注固化砂质黏性紫色土试验,探究了固化效果的变化规律。结果表明:随固化次数增加,碳酸钙生成量和干密度逐级增加,无侧限抗压强度与碳酸钙生成量正相关;碳酸钙有效沉积越来越少,强度提高趋于稳定,固化9次后强度提高77%;随孔隙被碳酸钙填充和上下碳酸钙硬壳的形成,渗透性不断降低,最终下降两个数量级;通过试样上、中、下三部分碳酸钙生成量C的样本标准差s来反映碳酸钙分布离散程度,发现割线弹性模量在s的影响下随C增加而波动上升,波动表现为在C相近或s相差很大时,s越小割线弹性模量越大。研究成果可以为MICP技术在紫色土地区的地基、边坡加固和水土流失防护等工程应用提供科学依据和参考。     

活性氧化镁−微生物固化黄土试验研究

以活性氧化镁和微生物共同作用固化的黄土试样为研究对象,通过含水率、无侧限抗压强度、X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）等试验,研究了活性氧化镁掺量、养护龄期和初始含水率对固化试样含水率、无侧限抗压强度、固化产物和微观结构等的影响。结果表明：固化试样含水率随氧化镁掺量增加和养护龄期增长而降低;无侧限抗压强度随活性氧化镁掺量（5%～20%）增加而增大,随龄期发展总体上不断增大,但当氧化镁掺量为10%和15%时,后期强度稍有降低;当氧化镁掺量为5%和10%时,无侧限抗压强度随初始含水率增加而减小,而当氧化镁掺量为15%和20%时,无侧限抗压强度随初始含水率增加先增大后减小。XRD和SEM结果显示,随着氧化镁掺量增加,水化后未进一步反应的氢氧化镁越多;反应生成的水合碳酸镁具有膨胀性和胶结性,对土颗粒间缝隙进行填充,并将土颗粒胶结在一起。     

冻融循环对固化铅污染土强度与孔隙特征影响的试验研究

水泥基固化剂封闭是近年来重金属污染修复治理的主要技术手段之一。冻融循环作用是影响水泥固化重金属污染土力学特性的重要外营力。本文以人工制备的铅污染土为研究对象,结合冻融实验和室内土工试验,研究冻融循环作用对铅污染土无侧限抗压强度的影响。结果表明:随着水泥掺量的增大,水泥固化铅污染土的无侧限抗压强度增大,破坏应变减小;随着铅离子掺量的增大（污染程度升高）,水泥固化铅污染土的无侧限抗压强度q_u降低,应力-应变曲线变化趋势更加相似;水泥固化铅污染土的无侧限抗压强度q_u随冻融频次的增大而降低;相同冻融频次条件下,随着水泥掺量的增加,水泥固化铅污染土的无侧限抗压强度q_u损失率降低。基于SEM图像对固化铅污染土进行微观结构定量分析,表明随着冻融次数的增加,试样中细颗粒（< 1 μm）和细孔隙（< 2 μm）所占比例均提高。冻融作用对土体结构的破坏可能是导致土样无侧限抗压强度q_u降低的主要原因。     

水泥固化/稳定锌污染土的强度和变形特性试验研究

在不同水泥掺量不同和龄期条件下对不同Zn2+浓度的水泥固化/稳定重金属污染土(CHMS)进行了无侧限抗压强度试验。分析了CHMS的应力-应变关系和强度发展随Zn2+浓度的变化特性;采用参数（qu/qu,Zn0）对CHMS的无侧限抗压强度随龄期发展规律进行了评价;讨论了Zn2+浓度对破坏应变和变形模量的影响。结果表明,锌离子浓度对CHMS的无侧限抗压强度、破坏应变和变形模量的影响均存在“临界浓度”（0.05%）。低于“临界浓度”时,锌离子对CHMS的强度和变形发展影响不明显;高于“临界浓度”时,CHMS的强度和变形发展规律受锌离子浓度影响显著     

钾盐和磷酸盐对固化土早期强度的影响研究

利用土壤板结原理,通过对硫铝酸盐水泥固化土无侧限抗压强度试验和水稳定性试验,探讨钾盐、磷酸盐对其早期强度的影响规律;通过X射线衍射（XRD）对固化土的物相成分进行了分析,探讨钾盐、磷酸盐影响固化土强度的变化内在机制。试验结果表明,钾盐、磷酸盐对固化土强度提高的阈值为0.6%,当盐掺入量低于该阈值时,固化土强度会随着盐掺量的增加而提高,当盐掺入量超过该阈值时,固化土强度会逐渐降低。盐掺入量不超过2%时,掺盐固化土水稳定性与未掺盐固化土差不多,7 d固化土软化系数基本保持在70%以上,但掺入K2SO4的固化土水稳定性较差,软化系数在60%左右。生成高强难溶具有膨胀性的矿物晶体是掺盐固化土早期强度提高的主要原因,但盐掺入量过高,固化土中矿物晶体过多膨胀作用,破坏固化土结构,而使固化土早期强度降低。     

生物聚合物对砂土强度影响的研究

传统土体加固技术的缺陷带来严重环境污染问题,阻碍我国资源节约型和环境友好型社会的建设和发展进程。论文采用生态环保的有机材料——生物聚合物作为固土添加剂,讨论其在不同养护时间下对砂土无侧限抗压强度与剪切强度的影响。研究结果表明：黄原胶生物聚合物处理过的砂土,随着养护时间的增大,其无侧限抗压强度和抗剪强度都得到了显著提升;黄原胶的加入使得土体间的黏聚力有了显著提高,进而增大了土体的强度;通过扫描电镜观测图片可发现黄原胶生物聚合物吸附并聚集在砂土颗粒周围,将单个的土颗粒连接在一起,由离散的颗粒聚集在一起形成较大的团聚体,起到改变土体结构的作用。黄原胶生物聚合物作为一种生态环保的绿色有机材料,能显著提高土体的强度,展示了其在岩土工程中应用的强大潜力,值得对其做进一步的研究与改进。     

菌液注射方式对微生物固化砂土动力特性影响试验研究

微生物固化技术是近年来岩土工程领域兴起的一种新型环保地基处理技术,该技术通过向待固化土体内注入细菌,利用细菌水解尿素,并在引入钙源的条件下,诱导产生碳酸钙晶体以胶结松散土颗粒。在微生物固化过程中,碳酸钙晶体分布的均匀性是目前该技术研究的热点之一。文中尝试通过在纯菌液中引入0.05 mol/L氯化钙溶液(称为混合菌液)对细菌分布进行人为干预,并基于动三轴试验及扫描电镜测试,对比分析了纯/混菌液、混合菌液及传统纯菌液等注射方式对微生物固化砂土动力特性的影响。试验结果表明:纯/混菌液注射方式能有效提高微生物固化砂土中碳酸钙晶体分布的均匀性,从而获得碳酸钙含量较高、动弹性模量较大及耗能能力较强的微生物固化砂土。     

含砂量对水泥土强度影响的试验研究

天然软土尤其三角洲地区的淤泥或淤泥质黏土常含砂,以含细砂或粉细砂为主,系统研究水泥土强度与含砂量的关系,为水泥土性能改良、强度设计及水泥土搅拌法施工提供直接依据。选取珠江三角洲两处典型的淤泥、淤泥质黏土,按天然含水率配制试验用土,掺加不同含量的细砂制成含砂水泥土试件,养护到不同龄期,对其进行无侧限抗压强度试验,得到了水泥土强度与含砂量及其他关联影响因素关系的变化规律。主要结论是：细砂颗粒在水泥土中起到了细骨料的作用,有利于提高水泥土强度;考虑水泥土的含砂量、水土质量比、水泥掺入比和实际水灰比等因素,得到了含砂淤泥水泥土强度估算公式;在不含砂淤泥水泥土中掺入2 %干细砂时其强度约提高25 %,掺入15 %~25 %干细砂则可提高40 %~60 %。     

石灰改良红层无侧限抗压强度试验研究

红层是一种特殊岩土,作为路基材料时,常会导致不均匀沉陷、翻浆冒泥等病害。为改善其力学性质,工程上通常掺入一定剂量的石灰（Ca（OH）₂）进行改良。由于降水-蒸发的周期性变化,运营期间反复干湿循环作用对路基土的工程性质造成较大影响。基于此,结合室内无侧限抗压强度试验,研究了干湿循环作用对不同掺量的石灰改良红层无侧限抗压强度的影响。结果表明：在最佳含水率下,石灰改良红层的无侧限抗压强度随石灰掺量的增加而增大;干湿循环作用对改良红层无侧限抗压强度的影响与石灰掺量有关,石灰掺量较低时,改良红层的抗压强度随干湿循环次数的增加而减小,石灰掺量较高时,改良红层的无侧限抗压强度随干湿循环次数的增加而显著增大;未改良红层塑性较大,试样均为塑性鼓胀破坏,掺入石灰后,红层强度增大,脆性增强,呈脆性剪切破坏,经历干湿循环作用后,石灰改良红层试样呈多缝锥形破坏。     

有机质含量对水泥土强度影响的室内定量研究

采用对盐城泻湖相软土掺入不同含量的有机质作为试料土,进行了大量的水泥加固室内试验。对试验结果进行了分析,提出了不同有机质含量软土水泥加固后的室内无侧限抗压强度的预测公式,同时建立了不同有机质含量的试料土经水泥加固后的室内强度比与有机质含量之间的定量关系,该定量关系式可以有效地对有机质含量在5.5 %～17.5 %的水泥加固后的无侧限抗压强度进行定量的预测。     

矿渣-粉煤灰基地质聚合物固化淤泥质黏土的抗压强度试验研究EI北大核心CSCD

为解决水泥固化淤泥质黏土早期强度不足及制备水泥时高污染、高能耗及高成本等问题,采用一步法制备矿渣-粉煤灰基地质聚合物用以固化淤泥质黏土,研究硅铝原材料之比、固体激发剂与原材料比及水灰比对固化黏土抗压强度的影响规律,并采用电镜扫描和X射线能谱分析等试验方法进行微观分析,揭示其固化机制。试验结果表明:当硅铝原材料为90%矿渣和10%粉煤灰,碱性激发剂占硅铝原材料质量比为0.15,水灰比为0.7时,其14 d的无侧限抗压强度达到1.5 MPa。矿渣-粉煤灰基地质聚合物主要产物有无定型的水化硅酸钙、水化铝酸钙凝胶,是固化黏土抗压强度提升的主要原因。研究结果为地质聚合物在淤泥质黏土加固中应用奠定一定的理论基础。     

基于灰色理论的脆性岩石抗压强度尺寸效应试验研究

采用相同直径不同高度的圆柱形白色大理岩及灰岩试样进行单轴压缩试验研究,验证了脆性岩石抗压强度在一定范围内随高径比的增大而减小的规律。依据岩石单轴压缩试验结果,基于灰色预测GM（1,1）模型建立了脆性岩石的单轴抗压强度与试件高径比之间的非线形关系式,该经验公式对脆性岩石具有统一的形式,同时通过式中参数a值反映了由于岩性、试验条件等不同而引起的强度差异。利用该关系式可以很方便地在相关岩土工程中为相似岩石估算其强度值提供参考、借鉴。     

淤泥质酸性土水泥土强度试验研究

水泥搅拌桩加固有机质含量较高和呈酸性的土层时,我国规范建议采用现场试验的方法。通过深层搅拌法加固太湖应天河工程富含有机质的淤泥质酸性土地基的多组现场水泥土强度试验,分析了淤泥质酸性土中影响水泥土强度的各种因素。试验和工程实践表明,使用高标号水泥(525#)并掺入适量的外加剂可大幅提高酸性淤泥水泥土的强度, 复合地基承载力可达120 kPa以上,水泥搅拌桩可以加固淤泥质酸性土地基。     

颗粒破碎对绢云母片岩强度和变形影响的试验研究

为进一步弄清颗粒破碎对软岩粗粒料强度、变形的影响,开展2组不同初始干密度下的绢云母片岩粗粒料的固结排水三轴试验,分析了绢云母片岩粗粒料颗粒破碎规律,并探讨了颗粒破碎对绢云母片岩粗粒料力学性质的影响。结果表明,绢云母片岩粗粒料相对破碎率随围压的增加而增大,但颗粒破碎增幅速率受初始干密度影响较大,颗粒破碎与围压之间的关系可用线性关系描述;由于初始孔隙率的影响,使得试样在同一应力水平下高密度试样颗粒破碎明显高于低密度试样;颗粒破碎对高密度试样抗剪强度降低的影响高于低密度试样,导致两种干密度试样的应力-应变曲线在某处出现相交,最终出现初始密度低的试样抗剪强度大于初始密度高的试样抗剪强度的现象;高密度试样孔隙率较小,其剪胀因子一直保持在1附近,而低密度试样孔隙率较大,受颗粒破碎和剪胀的影响迟缓一些,低密度试样体变较高密度要大些,但整体上由于颗粒破碎和剪胀的影响,绢云母片岩粗粒料的体变均不大。     

一种测试土体颗粒强度的试验装置

研制了一种能测试粗粒土颗粒强度的试验装置,运用此装置对取自南沙群岛永暑礁附近海域的不同粒径的钙质砂颗粒进行了强度测试,初步试验结果表明,用该装置所测试的结果是可信的,能够达到预期的试验精度,可在研究其他易碎材料的过程中推广应用。