微生物岩土技术是近些年兴起的一种新型地基处理技术,该技术利用微生物新陈代谢作用,产生具有胶结作用的矿物沉淀,达到改善土体力学及工程特性的目的。由于现场的施工环境多变、土体成分及性质复杂、注浆方案的实施性和有效性难以保障等问题,目前该技术的研究主要集中在室内试验,现场试验或者工程应用的研究非常有限。本文基于尿素水解作用的微生物诱导碳酸盐沉淀（Microbially induced carbonate precipitation,MICP）技术,对该技术在现场实施的可行性、环境影响因素、现场监测和检测方法等进行了室内和现场试验研究,并建立了适用于现场尺度的MICP加固土体的反应-运移模型,对注浆方案的制定和固化效果评估等进行模拟研究。主要研究内容及成果如下。（1）针对工程应用中潜在的环境影响因素,对MICP固化处理后的砂柱展开一系列的室内试验,结合无侧限抗压强度测试、碳酸钙含量及分布测试、水含量及分布测试和扫描电子显微镜测试等方法,研究了不同含水量和温度、含盐量和种类对固化砂柱力学性能的影响规律,并从细观上分析了水、盐和碳酸钙共同作用对固化砂柱的影响方式。试验结果表明环境中水、盐和碳酸钙的共同作用会导致碳酸钙晶体形态和结构的改变,15%Ca Cl2作用下MICP加固土的强度是不含盐加固土的5.9倍,微观结构下发现土体内有效粘结物含量明显增加,从而大幅提升MICP加固土的力学性能。（2）开展了溶液试验,对比了静置和振荡两种条件下脲酶菌活性随时间衰退的规律;利用砂柱注浆试验,研究了不同注浆速率下细菌在土体中的吸附和解吸规律。进一步地,采用数值建模方法确定了细菌吸附和解吸的拟合参数及方程。试验结果表明静置条件下细菌的单体脲酶活性随时间呈线性衰退。砂柱中细菌的吸附和解吸主要受到环境中细菌浓度的影响,受注浆速率的影响较小。（3）建立了适用于现场尺度的反应-运移模型,考虑了MICP注浆过程中细菌的吸附、解吸和固定、脲酶活性的衰退、尿素水解速率、碳酸钙沉淀、孔隙填充和渗透率降低等特征。利用该模型模拟了大尺度的MICP固化砂柱试验,分析了注浆过程中溶质的反应及运移规律,对模型的正确性进行验证。结合常见的注浆方案和布井方式,采用先注菌后注胶的方式,建模分析了固定液浓度、注浆速率、注胶方式和布井方式对细菌固定率、反应速率、碳酸钙沉淀的生成和分布等的影响。结果表明,采用6个抽水井和1个中心抽水井的环绕布井方式,结合循环注胶方式并提高胶结液的浓度至2 mol/L,能大幅提高细菌和反应物的运移效率,有效减少目标区域的差异沉淀,提高固化处理的均匀程度。（4）开展了MICP注浆加固土体的现场试验,首先通过前期现场勘察和室内试验确定了原位脲酶菌的提取和富集方法、现场注浆加固土体的可行性和实施方案;通过对注浆过程中地下水的离子浓度、电导率和p H值、土体的固化程度及稳定性等进行实时监测和现场检测,评估了现场注浆固化效果,总结了在实际应用中MICP技术注浆加固土体的经验、难点与解决思路。进一步地,结合上述MICP加固土体的反应-运移模型,建模分析了现场注浆过程中细菌和溶质的浓度及分布、有效固化土层厚度、实际的尿素水解反应速率、地下水的稀释作用等,评估了现场试验的固化效果。结果表明,注入的土著脲酶菌成功地诱导了碳酸钙沉淀的生成和附着,固化区域的稳定性有所提升;土层的不均匀性和注浆压力过大导致有效固化土层厚度仅为目标区域的5%,实际尿素水解反应程度仅为预期的1%。通过该模型能快速有效地反映现场注浆过程中MICP的反应程度,合理地评估实际的固化效果,为制定经济高效的注浆方案提供参考。