循环荷载作用下MICP加固软土的抗软化性能研究

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汕头市位于我国东南沿海地区,东邻南海,分布着大量淤泥质软土,且汕头位于地震带,发生过多起严重的地震灾害。天然的软土有含水率高,承载力低,渗透性差等诸多不良特性,且对地震波有放大效应,在地震荷载的长期作用下,会发生结构破坏,变形增大,孔压升高,强度和刚度降低等一系列软化现象。微生物矿化碳酸钙沉淀技术(MICP)是一种新型的土体加固方式,微生物矿化产生的碳酸钙晶体能作为胶结键填充在土体孔隙当中增强土体结构的稳定性。本文利用巴氏芽孢杆菌对汕头淤泥质软土进行加固,研究循环荷载作用下MICP加固软土的抗软化性能。主要研究内容及结论如下:(1)选用巴氏芽孢杆菌为试验细菌,通过优化培养基并绘制出菌液浓度随时间的变化曲线,得出细菌最适应的生长条件为PH为8.0左右,温度为25℃左右,筛选出浓度最高的菌液进行后续实验。(2)通过动三轴试验,研究了循环荷载的动应力比,固结围压和振动频率改变对微生物加固土的应力-应变滞回曲线、累积应变、孔压比的影响,并结合软化指数的变化,得出土样在不同加载条件下都有一个临界破坏值,一旦超过这个临界值,在循环荷载短暂作用下,各土样的滞回曲线将迅速膨胀变大,土样的累积应变也将迅速达到拐点,超过5%的累积应变破坏标准,土样的孔压比和软化指数也将迅速达到破坏标准,而微生物加固土的临界破坏值相对于重塑土明显延后,应力-应变以及孔压抗软化性能明显好于重塑土。(3)对微生物加固土施加动应力大小和循环周数不同的循环荷载组合,通过累积应变曲线观察土样的应变状态,对结构稳定的土样继续进行静三轴试验得出,微生物加固软土的强度和刚度都明显高于重塑土,随着动应力的增大和荷载循环周数逐渐的增多,各土样的强度和刚度逐渐减小,但是微生物加固土的强度和刚度减小幅度始终小于重塑土,经过加固作用的软土结构更加稳定,强度和刚度受循环荷载影响更小。(4)通过扫描电子显微镜观测了经不同循环荷载组合作用后的微生物加固土和重塑土的微观结构,并通过EDS试验分析了各土样表面元素的分布情况,从微观角度探究了MICP对软土的抗软化特性的加固作用。以上试验结果表明:经过微生物加固作用后的软土,在循环荷载作用下,结构更加稳定,应变和孔压增长速率变慢,强度和刚度下降幅度减小,抗软化性能明显提升,为日后在实际工程中的应用提供了实验与理论支撑。
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