风沙土的微生物固化及其抗风蚀试验研究

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风沙灾害给生态环境和社会经济带来极大危害,严重威胁村镇、交通、水利、工矿设施及甚至国防基地安全,影响工农业生产,严重地制约着区域经济的可持续发展。针对传统的风沙危害防治措施存在的局限性、高成本和易老化、易污染环境等问题,本文采用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术对腾格里沙漠的风沙土进行了微生物固化试验研究,分析巴士芽孢杆菌繁殖的影响因素和规律,揭示了微生物固沙的机理,建立了风沙土的微生物固化方法,研究了固化风沙土的物理力学性能及抗风蚀性能,分析了固化风沙土的成分及微观结构。论文取得的主要结论如下:  (1)巴氏芽孢杆菌扩繁速度快,脲酶活性较高,细菌菌液浓度较大(OD600 为1.9-2.3),能够满足MICP固化风沙土的基本要求。  (2)采用喷淋的方法将巴氏芽孢杆菌菌液和胶结液(氯化钙、尿素溶液混合液)从表面加注到风沙土中,可以有效的固化风沙土。固化风沙土的干密度可达到1.98g/cm3,无侧限抗压强度最高可达到3.20MPa,渗透系数由原状砂的1.08×10-3逐渐减小至4.32 ×10-5cm/s。在试验所采用的胶结液浓度范围内,胶结液浓度越高,固化风沙土试样的密度越大,强度越高,渗透系数越小。表明MICP技术可用于沙漠风沙土的加固。  (3)风蚀试验结果表明,原状风沙土的起蚀风速为5.73m/s,经过不同处理次数的固化风沙土均具有一定的抗风蚀性能,处理 3 次及以上的固化风沙土,即使风速达到16m/s,其表面完整,没有风蚀破坏现象发生。表明采用 MICP 技术固化风沙土可以有效防止风蚀,从安全和经济性考虑,在实际应用中可采用处理3次的固化方法防止风沙土的风蚀危害。  (4)用 0.5mol/l 胶结液且不添加固定液的方法处理风沙土,处理 3 次的固化样本形成了坚硬的固结层,且保水性最佳,结合风蚀试验结果,处理 3 次既可以防止风蚀,又具有较好的保水性能。  (5)通过X射线衍射分析,固化风沙土中碳酸钙晶体类型均为方解石型。经光学显微镜和 SEM 分析,固化风沙土颗粒表面有白色透明的方解石生成,呈花簇形及多面体球形的结晶形态,晶体尺寸约为5-10μm。  (6)碳酸钙晶体包裹在沙颗粒表面,将沙颗粒胶结在一起,填充了部分沙颗粒之间的空隙,这样就将松散的风沙土胶结成具有一定强度的固体,密度增大,孔隙减小,渗透性降低。
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