论文部分内容阅读
微生物灌浆技术作为一种新型的地基处理技术,近些年来受到岩土工程和土木工程材料研究人员的高度重视。但实践中生物灌浆存在碳酸钙沉积不均匀、灌浆细菌在土壤中的扩散能力有限等弊端,从而制约了微生物灌浆的发展,许多学者都对碳酸钙沉积的异质性进行了研究,但碳酸钙分布异质性等问题尚未完全解决,因此微生物灌浆的优化或寻找新的灌浆方法仍是当前面临的最大的挑战。 为进一步改善生物灌浆效果,本论文引入电渗技术,以芽孢八叠球菌作为目标菌株,利用电渗生物法对粉土进行灌浆改性。首先,研究常规生物灌浆过程中粉土的微观结构和物相组成的变化特征,分析生物灌浆加固粉土的填充机理;然后,研究电压梯度对生物脲酶的活性以及诱导沉积产物的沉积量的影响,同时对诱导沉积产物进行ESEM环境扫描及XRD衍射观测分析,分析电渗生物法灌浆改性粉土的效果和影响因素;最后,通过酸碱滴定法分析碳酸钙的沉积分布情况,并对电渗生物法改性土体取样进行直剪试验,分析改性土体抗剪强度的改变,同时记录土体两端电势的变化、pH变化等以分析电渗生物法灌浆改性效果。 论文所得主要结论如下: (1)MICP扫描电镜微观试验表明:碳酸钙晶体颗粒的形成包含着由小到大、层层包裹、相互融合的成长过程,即前期形成的碳酸钙晶体有利于后期诱导碳酸钙的着床和生成;球状碳酸钙沉积物相互叠接在一起,菌株及酶化物易在颗粒的叠接处发生聚集,这为进一步的生物沉积提供了成核位点,碳酸盐小晶粒逐渐聚集,并最终融合成碳酸钙晶体团粒和团粒状凝胶,附着于土粒表面或填充颗粒缝隙,起到胶结作用和填充作用,封堵土颗粒间的孔隙。 (2)电压梯度的大小会影响MICP的脲酶活性,电压梯度越大,时间越长,脲酶的活性降低越大,故在EBM灌浆时需适时的补充菌液,改善脲酶活性。 (3)电压梯度的变化会影响碳酸钙的沉积,电压梯度的增大,会降低碳酸钙的沉积量,同时碳酸钙的晶型会发生改变,当电压梯度达到及超过1.5V/cm时,碳酸钙的沉积量明显减少,晶型也变为不规则。 (4)对35cm粉土土柱进行EBM生物灌浆,当电压梯度为0.5V/cm时,碳酸钙沉积量为3.0%~7.2%,电压梯度为1.0V/cm时,碳酸钙沉积量为5.8%~9.6%,当电压梯度为1.5V/cm时,碳酸钙含量在2.64%~4.9%之间,故EBM法灌浆效果与电压梯度有关,当电压梯度在1.0V/cm附近时,沉积效果最好,电压梯度较低时,电渗驱动作用有限,效果稍差,电压梯度超过1.5V/cm,生物活性受到抑制,碳酸钙沉积量反而最少。故EBM灌浆的电压梯度适宜在1.0V/cm附近。 (5)采用重力灌浆时,碳酸钙沉积分布为0.8%~10.6%,采用0.2MPa压力注浆时,碳酸钙沉积分布为3.9%~10.2%,与电压梯度为1.0V/cm时的灌浆效果相比较,EBM灌浆对土壤的扰动较小,既不影响碳酸钙的沉积量,又可改善粉土中碳酸钙沉积的均匀性,是一种值得关注的生物灌浆方法。