微生物固化不同胶结程度粉土力学特性试验研究

作     者：陈 

作者单位：南京林业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邵光辉

授予年度：2019年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：MICP 细粒组分 胶结程度 动三轴 三轴试验 

摘      要：微生物诱导CaCO沉淀技术(MICP)作为当今地基处理技术中具有较好发展前景的技术之一,是一种绿色新型地基加固方法。利用喷洒、入渗、注浆等方式将巴士芽孢杆菌与胶结溶液混合反应,快速析出CaCO结晶,填充细小孔隙,形成结构性骨架,能够有效胶结松散颗粒,极大地提高了散体材料的强度与刚度,改善了土体工程力学性能。微生物固化土体技术用于砂土颗粒的胶结并取得一定成功,并开始向加固粉土和黏土等细粒土领域拓展。本文基于GDS三轴试验系统,开展对MICP固化粉土的静力学与动力学性质的试验研究,利用不同注浆参数的组合控制胶结程度;采用拌菌双向注浆胶结技术,有效的解决注浆加粉土的不均匀性问题;研究黏粒级细小颗粒的存在对注浆加固体力学性质的影响,对不同胶结程度加固体的静动力学性质的开展研究,为这一技术的应用提供了理论基础。本文取得的研究成果如下:(1)采用拌菌双向注浆方法,有效地解决了MICP加固粉土不均匀的问题,且通过改变注浆轮次,胶结液浓度参数进行对比试验,分析不同细粒含量对CaCO生成量和无侧限抗压强度的影响。在同等注浆条件下,去黏粒粉土试样CaCO生成量低但强度最高,原生黏粒土由于吸附性作用,产生的CaCO多但有效强度低。为进一步研究强度阈值附近的强度演变规律,利用0.25mol/L双向注浆3轮的试验样对胶结程度进行量化控制,根据CaCO生成量与无侧限抗压强度对土体胶结程度进行了评价与划分。(2)对不同胶结程度的试样,进行固结不排水CU静三轴试验,研究了三种细粒组分、四个胶结程度、三种围压(100kPa、200kPa、400kPa)条件对土体静力学性质的影响,结果表明:试样的剪胀性导致负孔隙水压的发生,高围压下的低胶结水平试样,轴向应变大,负孔隙压力的发生相对应的轴向应变值较大,孔压下降量大;低胶结程度试样变形模式多为鼓胀破坏,应变软化不明显;低围压下和高胶结水平试样轴向应变较小,负孔隙压力的发生相对应的轴向应变值较小,试样破坏会出现明显剪切带,呈现明显的应变软化趋势;通过分析峰值强度与残余强度参数发现,MICP胶结粉土的力学性质的提高主要是提高了试样的黏聚力,胶结程度越高,粘聚力提高幅度越大。邓肯张模型可准确模拟弱胶结试样的应力应变曲线,对高胶结程度试样软化曲线的模拟有局限性。(3)在60kPa有效围压、初始剪应力比0.5、初始频率1Hz条件下固结不排水CU动三轴试验研究结果表明:四种胶结程度粉土中未胶结和弱胶结试样的动力学性质受细粒组分影响较大,动力学性质相似,抗变形和抗液化能力较弱;胶结程度从弱胶结演变成中度与重度胶结时,动力学性质有明显的变化,抗液化能力大幅提高,试样的结构性显著,试样不易液化。