【摘 要】
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微生物诱导碳酸钙矿化（microbial induced calcite precipitation,MICP）可在固岩土工程中用于固结土体,与传统的化学和物理固土相比,MICP技术有易操作、对环境友好等优势。但是对于不同的土体基质,如何达到优良的矿化效果,尚未有深入研究。本文以不同土体为研究对象,利用巴氏芽孢杆菌水解尿素进行碳酸钙的矿化以固结土体,系统地研究了MICP矿化过程中的影响因素及固土性
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微生物诱导碳酸钙矿化（microbial induced calcite precipitation,MICP）可在固岩土工程中用于固结土体,与传统的化学和物理固土相比,MICP技术有易操作、对环境友好等优势。但是对于不同的土体基质,如何达到优良的矿化效果,尚未有深入研究。本文以不同土体为研究对象,利用巴氏芽孢杆菌水解尿素进行碳酸钙的矿化以固结土体,系统地研究了MICP矿化过程中的影响因素及固土性能,探究了固土性能与碳酸钙间的互作关系;此外,本文还创新性地将小分子物质作为调控剂调控MICP体系中碳酸钙的形成,用以提高小粒径土体的固结效果。本文通过控制矿化过程,实现MICP在不同土体基质中矿化过程的可控调节。首先探究了MICP体系中,不同因素对碳酸钙沉淀的影响及机理。通过改变环境的pH值和调节不同Ca2+:NH4+比例、菌液浓度(OD600)、反应时间探究碳酸钙的变化。（1）pH>8时更容易出现方解石型碳酸钙晶体;（2）当初始尿素浓度为20 g/L,Ca2+和NH4+摩尔比为4:1～1:1时,容易生成球霰石型碳酸钙晶体;（3）随着反应时间从6 h延长到72 h,碳酸钙晶体逐渐全部转化为方解石型。（4）随着菌液浓度从2.0降低到0.6,碳酸钙晶体从球霰石和方解石的混合晶型转变为方解石型。其次使用自由渗透装置和由土工布制成的柔性模具进行固结土体的实验研究,通过一系列分析手段如FTIR、SEM和无侧限抗压强度等探究MICP对不同类型土体的固化效果。（1）在OD600为0.3,Ca2+浓度为0.3 mol/L的反应条件下,对粗砂的固结效果最佳,无侧限抗压强度为2.15 MPa;（2）OD600为0.6,Ca2+浓度为1.0 mol/L时最适合细砂的固结,无侧限抗压强度为3.42 MPa。结果还表明,不同土体的固结强度与碳酸钙大小有相关性,粗砂中产生的碳酸钙粒径大,则无侧限抗压强度高;细砂则相反,产生的碳酸钙粒径小,无侧限抗压强度高。此外,本研究创新性地通过在MICP体系中加入调控剂调控碳酸钙的形貌和粒径,对粒径小的细砂及更小粒径的土起到了更好的固结效果。研究表明,（1）柠檬酸和柠檬酸铵的加入对小粒径砂土的固化效果较好,细砂的力学强度最大值为2.69MPa,比未加入调控剂的细砂强度提高了3.5倍;（2）粉土试件的力学强度可达到1.86MPa。
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