微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)固化粗颗粒盐渍土的试验研究

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我国盐渍土分布广泛,尤其在甘肃、青海、宁夏、新疆等西北内陆地区分布着大量的粗颗粒盐渍土,由于粗颗粒盐渍土有着较差的稳定性,对公路、铁路以及建筑物的危害较严重;再加上当地特殊的气候和地形地貌条件,导致西北地区盐渍土的面积不断增加,土地盐渍化问题日益严重。因此对于加固西北内陆地区的粗颗粒盐渍土,改良其工程性能的研究迫在眉睫。论文采用微生物加固(MICP)方法对粗颗粒盐渍土进行固化改良,并通过宏观力学试验和微观机理分析相结合的方式,探究了不同含盐量条件下,MICP法固化粗颗粒盐渍土的可行性及加固效果。主要研究内容和成果有:(1)针对西北内陆地区粗颗粒盐渍土现状,采用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)法改良固化粗颗粒盐渍土;通过对细菌生长的动态监测,确定了细菌参数条件:细菌培养时间为24小时,细菌浓度为OD600=1.7~1.8,脲酶活性0.4581mmol/min;确定尿素水解MICP加固试验的最佳反应条件为:尿素浓度及钙离子浓度比为1:0.5,尿素浓度为1.0mol/L,氯化钙浓度0.5mol/L,营养肉汤3g/L;最适温度为室温(25°C),酸碱度p H=7。(2)根据以上试验参数,开展MICP固化盐渍土试验,对经过14次MICP低速渗流加固后的粗颗粒盐渍土进行了宏观力学试验,无侧限抗压强度试验结果表明:四组含盐量粗颗粒盐渍土强度均得到大幅提高,其强度值在2.88~4.55MPa之间;比较加固前后的粗颗粒盐渍土,渗透系数降低了两个数量级;当正压力为300k Pa时,4组试验组的抗剪强度在558~654k Pa;即经过MICP加固的粗颗粒盐渍土具有良好的抗压强度及较强的抗剪切破坏能力,有效地降低了粗颗粒盐渍土的孔隙率,证明了微生物固化明显改善了含盐砂粒的工程力学性能。(3)对比含盐量(0%~9%)范围内试样碳酸钙生成量的变化,结果表明:盐分对细菌催化尿素水解的速率有抑制作用。含盐量越高,水解尿素的速率越慢,碳酸钙的生成量越少,导致高含盐量粗颗粒盐渍土力学性能降低,说明盐分的存在弱化了MICP加固效果,但是巴氏菌对盐分环境有一定的耐受性,适应能力较强。相较于加固前的粗颗粒盐渍土而言,现有加固效果已满足实际工程需要。(4)对MICP加固后的粗颗粒盐渍土进行了微观试验,压汞试验结果表明:加固后土颗粒孔径分布减小;XRD(X射线衍射试验)确定了MICP加固粗颗粒盐渍土内部生成产物均为碳酸钙,晶型有方解石和球霰石两种,正是反应生成的碳酸钙对于土体加固起到了决定性作用;SEM(扫描电镜试验)可明显看出各组试样在土颗粒表面、土颗粒孔隙处均有碳酸钙沉积,当碳酸钙沉淀完全覆盖土颗粒,在土颗粒孔隙处广泛分布,并将相邻的土颗粒胶结为聚合状态时,达到试样最佳加固效果,提高了盐渍土的抗压强度、抗渗性和抗剪切破坏的能力。
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