岩石节理微生物诱导碳酸钙沉积封堵渗流演化规律试验研究

微生物诱导碳酸钙沉积技术(microbially induced calcite precipitation,MICP)在土体加固中应用广泛,但在岩体封堵领域的研究成果还不多见。为了研究岩石节理MICP封堵机制,以透明树脂模拟粗糙岩石节理试件为研究对象,考虑MICP反应影响因素,开展了6种不同工况下的岩石节理MICP封堵室内试验,得到了MICP封堵过程中岩石节理导水系数和水力隙宽变化规律以及相应的碳酸钙时空分布图像。试验结果表明：MICP封堵过程中岩石节理水力隙宽随灌注轮次大致呈线性减小趋势,且水力隙宽减小速率与岩石节理中碳酸钙分布情况密切相关,而MICP反应过程中碳酸钙分布又受灌注速率、固定液、菌液和反应液灌注时长、静置时长等因素影响;6种工况中灌注速率较大、先灌注菌液和固定液静置一段时间再灌注菌液和反应液、灌注和静置时间最长的工况4封堵效率和效果最佳,在仅灌注2轮的情况下可将岩石节理导水系数由40.51×10^–6m²/s减小至0.52×10^–6m²/s,降幅达98.72%,对应的水力隙宽值由0....     

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...     

不同粒径级砂土渗透特性试验研究

渗透性是砂土的重要工程性质之一,影响砂土渗透性的因素有很多,比如土体密实程度、土颗粒自身特性、流体性质等,其中孔隙率与颗粒粒径是两个重要影响因素。而以往基于混合粒径的天然砂土的研究很难分别对这两个因素进行独立的研究。基于此,首先开展了单一粒径级砂土的常水头渗透试验,分别研究了同一粒径级砂土渗透系数随孔隙率的变化和同一孔隙率下不同粒径级砂土渗透系数随均值粒径的变化规律。试验结果显示,渗透系数随着孔隙率的增加而线性增加、随均值粒径二次方的增加而线性增加,其中均值粒径的影响较大,其变化能导致渗透系数量级上的差异。在此基础上,开展了多粒径混合砂土的渗透试验,讨论了曲率系数、不均匀系数等级配参数对渗透性的影响,从而将单一粒径级的研究成果推广到天然砂土,最终拟合出渗透系数与相关影响因素的经验公式,以便工程实践参考使用。     

黄河流域内蒙古段砒砂岩风化土微生物矿化改良的试验研究

砒砂岩,一种在黄河中上游广泛分布的特殊岩石,是由砂页岩和泥质砂岩组成的岩石互层,由于成岩程度低、沙粒间胶结程度差、结构强度低,且含有大量黏土矿物,其抗侵蚀能力弱,遇风成沙、遇水成泥,是“泥沙入黄”的重要来源。基于微生物诱导碳酸钙沉积(microbially induced carbonate precipitation,MICP)技术对砒砂岩风化土进行改良加固,以矿化后试样获得良好的强度为目标,结合物性及孔隙结构分析,对含有大量细粒土的砒砂岩风化土进行微生物矿化改良试验的最优方案设计。试验方案中设置12种工况,通过菌液浓度、菌液与胶结液用量比、钙尿摩尔比3个控制要素,对经微生物诱导沉积的碳酸钙晶体的晶型、形貌和尺寸进行人为调控。试验结果表明,当微生物矿化试验中尿素消耗量为0.4 mol时,采用菌液浓度OD₆₀₀值为1.2、菌液与胶结液用量比为1:20、钙尿摩尔比为1:1的试验方案,经微生物诱导的碳酸钙晶体以20～30μm的“方解石-球霰石团聚体”的晶型被沉积,并填充于砒砂岩风化土的孔隙中,使得砒砂岩风化土密实度提高,矿化后试样的孔隙度减小了62.4%,抗蚀能力得到...     

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。     

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。     

砂土渗透系数的细粒效应与其状态参数关联性

利用常规渗透仪进行了不同细粒含量砂土的渗透性能试验,通过引入粒间状态参量概念,探讨砂土渗透系数的细粒效应及其与表征砂土各种状态参数的相互关联性。发现砂土渗透系数总体上随细粒含量增加而减小,当细粒含量小于5%时影响较小;细粒含量在5%～10%时,渗透系数随细粒含量增加而急剧减小;而当细粒含量大于25%后,砂土的渗透系数则基本趋向相对稳定值。基于5种不同表征状态参数的拟合分析,表明采用现有常用的经验模型尚难以简便、有效地预测各种细粒含量砂土的渗透系数,而利用粉粒间孔隙比则能更好地反映细粒含量对渗透系数的影响,且其与渗透系数在半对数坐标内基本呈现线性关系,说明粒间状态参量适宜用来描述砂土渗透系数的细粒效应     

微生物岩土工程技术的过去、现在与未来

微生物岩土工程技术作为一种新兴的生态友好型岩土体改良加固技术,应用前景广阔。但限于理论水平和研究手段,该技术仍存在较多不足,难以实现高效固化,由此成为大规模现场应用的瓶颈。而提升固化效率的关键在于明确其作用原理和影响机制。文章梳理了微生物诱导碳酸钙沉积技术(MICP)的研究现状,系统归纳了固化原理和改良岩土体的物理力学特性,并分析得出固化效率主要受到反应物自身和外部环境两方面的影响。当前MICP技术已初步应用于土体固化、裂缝修复、防渗处理、污染修复及微生物水泥等领域,但由于矿化难以均匀、反应物不经济、微生物及脲酶活性期短且受环境干扰大、代谢产物附带毒性、现场应用性差,该技术目前主要限于实验室水平。作者分别提出了可能的突破与改进方向,并结合实验室成果指出豆粕进行菌体扩培和脲酶供给的碳源优势,以及将磷石膏作为现场钙源的环保性和经济性,以期为从事微生物岩土工程研究与技术开发的人员提供参考。     

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。     

砂土渗透变形类型统计分析研究

土的渗透变形类型判别是渗透稳定性评价的基础。目前对碎砾石和黏性土的渗透变形类型看法是一致的,但对砂土的渗透变形类型看法尚不一致,且专门研究较少。为进一步研究砂土的渗透变形类型,收集了12个工程131个不同类型砂土试样,对其渗透变形试验结果进行统计分析,结果表明：各类砂土渗透变形类型均为流土。进一步理论分析也表明,砂土的渗透变形类型也应为流土。     

含粘粒砂土抗液化性能的试验研究

通过对含粘粒砂土所作的试验研究, 包括: 粘粒矿物成分不同、粘粒含量不同的重塑土样所作的室内动三轴试验; X光衍射试验, 试验结果对比分析后, 得出了含粘粒砂土抗液化性能的特性。并得出以下结论: (1)粘粒矿物成分不同, 也引起砂土动力稳定性的变化; (2 )动剪应力强度与粘粒含量并非呈单调增加关系, 而呈抛物线型, 并给出回归方程; (3)含粘粒的砂土, 其抗液化能力最低点总是在粘粒含量 8.5～ 9.5 %之间。     

碎砾石和砂渗透变形类型差异性研究

无黏性土包括各类砂、砂砾石料和石渣,但其渗透变形试验结果表明,不均匀系数判别法和级配曲线斜率判别法却不是无黏性土渗透变形类型通用判别法,甚至会出现条件相同,但砂和碎砾石判别结果却截然相反的结果。进一步研究结果表明,产生这种结果的根本原因是其细粒含量差异较大引起的。故运用不均匀系数和级配曲线斜率判别无黏性土渗透变形类型时,应结合试样细粒含量大小进行,或将碎砾石和砂分开区别进行研究。     

岩体裂隙三轴应力渗透规律的试验研究

利用三轴应力渗透仪分别对煤矿底板的硬岩和软岩进行三轴应力渗透试验 ,观测渗水量、围压、轴压及水压的变化。     

北川土和粉细砂在降雨作用下泥石流启动的实验研究

北川地区的山坡坡面和沟壑中覆盖着由2008年5月12日汶川地震而产生的大量松散土石堆积体,并在震后的几个月到几年的过程中,因持续降雨作用经历了几次严重的山体滑坡和泥石流灾害。本文基于北川地质、地形和降雨等实地考察资料,对北川土和粉细砂两种斜坡堆积土,进行了一系列降雨条件下的泥石流启动室内模型试验,分析了降雨历时、雨强、土坡坡角、土体密度等因素对泥石流启动的影响,揭示了北川土和粉细砂在降雨作用下泥石流启动的过程和机理。结果表明：（1）北川土的泥石流启动过程仅经历了完全入渗阶段,泥石流启动所需的临界雨强相对较大;（2）粉细砂的泥石流启动过程经历了完全入渗、薄层和深层地表径流3个阶段,当雨强超过一定量时,坡度越大,泥石流启动所需降雨历时越长;（3）粉细砂和北川土泥石流的启动均是重力和渗流共同作用的结果,而重力和渗流作用的大小取决于土的颗粒大小和级配。本研究成果为降雨作用下北川地区的泥石流灾害预警提供了重要的参考依据。     

流土和管涌破坏机理研究

首先针对渗流破坏的机理进行研究,区别在堤防工程中常用的流土和管涌的概念,从现有的大量土的渗流破坏的实验资料,结合理论分析,从微观的角度去阐述渗流破坏的形成机理,提出了在级配连续性土和级配不连续性土中进行管涌型土和流土型土判别的标准.然后从定量的角度去推导出各种渗流破坏类型的判别公式以及临界抗渗坡降计算公式.     

钙质砂的工程性质研究进展与展望

钙质砂是一种海洋生物成因、碳酸钙含量50%的特殊岩土介质,由于其成因与特殊的组构导致工程力学性质有别于常规的陆源砂,从而引起国内外学者的重视。本文总结了钙质砂国内外研究现状,对其成因与分布、力学性质、钙质砂中基础类型的研究进行了详细的阐述; 以南沙群岛某岛礁修建机场跑道为例,探讨了珊瑚礁地层建设大型工程的可行性。指出今后要加强钙质砂颗粒破碎微观机理研究以及其对钙质砂力学性质的影响机制,建立相应的力学模型; 加强钙质砂中各类基础受力性质研究以及基础设计参数取值研究; 针对岛礁工程的建设,加强岛礁工程地质、岩土体结构与力学性质、礁体稳定性等研究。     

玉瓦水电站闸基渗透参数取值及防渗方案设计优化研究

在水电工程中,防渗形式不仅关系到工程的安全,同时也牢牢控制着工程投资和进度。因此,根据现场实际条件选择合适的防渗形式极为重要。基于此,在充分考虑现场条件的基础上对玉瓦水电站闸基的防渗形式进行了研究和设计优化。主要的研究成果如下：①采用双环试坑注水法对覆盖层第①层的渗透参数进行了复核,结果表明,根据现场抽（注）水试验所确定的该层的渗透系数和允许水力比降建议值是合理的;②因试验数据较少,前期根据工程经验类比所确定的覆盖层第③层的允许水力比降值偏于保守,施工阶段结合颗分试验成果对其进行了进一步复核,将其由0.07～0.10调整为0.10～0.12;③结合调整后的允许水力比降值对设计方案进行了优化,铺盖长度由80m缩减至55m,取得了较大的经济效益。文中所提方法及思路对类似工程设计具有一定的参考价值。     

水位升降对粗砂地基承载力和沉降影响的试验研究

随着城市地下空间的开发和利用,地下水位埋深较浅的地区,例如沈阳市,在施工过程中需要降水,工程完毕后停止降水又使水位恢复。水位的变化可能会导致地基土抗剪强度的变化、地基的回弹或沉降、渗透破坏引起地表塌陷等岩土问题,尤其是地基承载能力和既有建筑物的沉降是工程设计中必须考虑的岩土问题。对于辽沈地区,大多数文献只给出定性的回答,但工程设计需要的是定量回答,这是本文的研究目的。本文通过模型试验模拟粗砂地基上的浅基础,通过静载荷试验、水位观测、水压力和土压力传感器测试等方法测试地下水位升降时,粗砂地基的承载力、土中应力及基础沉降等的变化规律,并对试验结果进行分析和数值仿真分析,提出了利用拟合公式的方法弥补数值仿真分析与模型试验误差的思路。研究结果表明,对于密实的粗砂土地基,其地基承载力特征值在地下水位上升前后会降低,降低幅度达26%,主要原因是地基土抗剪强度降低导致承载力减小;在基础上施加一定荷载后,无论地下水位升和降,基础都会产生附加沉降。水位升高4.3m,沉降为0.565mm,主要原因是地基土的承载能力降低。水位下降4.3m,沉降0.315mm,主要原因是地下水位下降导致土中有效应力增大;数值仿真分析结果表明FLAC3D 可以较好地模拟试验过程,可用拟合公式的方法修正饱和砂土出现的误差。     

重塑马兰黄土渗透性试验研究

为了研究干密度和初始含水率对重塑黄土渗透性的影响,对延安新区I期工程所取的重塑马兰黄土进行了饱和渗透试验。结果表明:在非饱和状态,干密度对饱和时间的影响最为显著,饱和时间随干密度的增大而增大,而初始含水率对饱和时间的影响不明显。重塑马兰黄土的渗透系数随着干密度的增大而减小,其关系可以拟合为幂函数关系。在一定干密度范围内,渗透系数随初始含水率的增大而减小,其关系可以用直线关系拟合。渗透系数与孔隙比之间可以用幂函数关系拟合,渗透系数随孔隙比的减小而减小。初始含水率、干密度以及孔隙比都是影响重塑黄土渗透性的重要因素,其主要是通过对试样微结构的影响而影响渗透系数。该研究对延安新区的工程建设具有一定的理论指导和实际应用价值。     

高围压条件下孔隙介质渗透特性试验研究

为研究不同围压条件下孔隙介质的渗透性能,利用新研制的高压渗流仪,对大尺寸低渗透性软弱岩进行了系统的试验测试。试验渗透压差波动幅度仅为0.02MPa,渗出端溶液体积变化量测试精度可达0.03mL。通过溶液体积变化与时间的线性关系,稳定渗流量大小可以精确测定。以稳定压差、流量法(即稳压法),试验验证了岩石的渗透系数随着围压的增加而下降,当围压降低时,岩石渗透系数回升,但回升路径低于原始路径。根据轴向应变的变化情况,提出了室内试验应力-渗流耦合过程中渗透性的变化主要是侧向压力使孔隙、喉道产生压缩变形所致。