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过去几十年,我国在水利建设领域取得了重要的成就,这不仅给人民生活带来许多便利,也为经济社会的可持续发展提供了支撑和保障。水利建设在蓬勃发展的同时,防渗堵漏问题一直是工程界的研究重点。近年来,随着生物学、化学、力学及材料学多学科的交叉融合,微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术逐渐成为解决防渗堵漏问题的有效方法。MICP技术具有反应机理简单,反应过程高效迅速,易操控且绿色环保等优点,因此,应用该方法解决水利工程中防渗问题将带来有效的环境效益和经济收益。 本文利用巴氏芽孢杆菌催化尿素水解对MICP覆膜效果和影响因素展开实验研究,从而为生物覆膜技术的实际应用提供基础性数据和科学依据。本文的主要研究内容及成果包括: 1、探究胶结液浓度和胶结时间对覆膜效果的影响。实验中,覆膜样本的最小渗透系数为2.42?10?5 cm/s,防渗效果相当于粉土或黏土混合物。测试结果表明,其最大抗折强度为1.63MPa,最大抗压强度为1.5MPa。同时,适当提高钙离子浓度并延长反应时间有利于提高覆膜强度,但钙离子浓度过高会明显抑制脲酶的作用,使得覆膜效果降低。 2、分析铺砂粒径和铺砂层数对覆膜效果的影响。结果表明,铺砂粒径是影响渗透系数的主要因素,铺砂层数相同时,铺砂粒径越小防渗能力越好,采用小于0.15mm的细砂,铺砂三层时的最小防渗系数可降至1.25?10?5 cm/s。而对于同一粒径的砂砾层,增加铺砂层数能够提高防渗能力,但不能显著降低渗透系数。 3、探讨覆膜抗折强度和抗压强度的变化规律。覆膜的抗折、抗压强度与铺砂层数成正比,而弹性模量随铺砂层数的增加而增大。相同层数下,铺砂粒径较大者强度大,铺砂层数较大者刚度大。采用0.3-0.6mm的砂砾铺三层时,其抗折强度和抗压强度达到最大值,分别为4.06MPa和8.9MPa。 4、研究碳酸钙的作用。结果发现,碳酸钙在颗粒间的孔隙中充当胶凝作用,碳酸钙含量与抗折和抗压强度呈正相关关系。