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土木与环境工程学报（中英文） 2020年第1期42卷 31-38页

作者：吴超传郑俊杰赖汉江崔明娟宋杨华中科技大学岩土与地下工程研究所

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)可以显著改善砂土的工程力学特性,但其固化效果易受诸多因素影响。基于不同胶结水平微生物固化砂土试样,开展固结排水三轴剪切试验和扫描电镜测试,探讨了MICP技术的固化效果及其相关机理;在此基础上,研究了... 详细信息

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)可以显著改善砂土的工程力学特性,但其固化效果易受诸多因素影响。基于不同胶结水平微生物固化砂土试样,开展固结排水三轴剪切试验和扫描电镜测试,探讨了MICP技术的固化效果及其相关机理;在此基础上,研究了胶结液浓度、砂土初始密实度、胶结液浓度配比等因素对微生物固化砂土抗剪强度的影响。结果表明:随着胶结水平的提高,微生物固化砂土试样强度提高,试样的脆性也越显著。微生物固化砂土强度的增长主要源于碳酸钙晶体对土体黏聚强度的提高。微生物固化砂土的强度主要包括土骨架强度和碳酸钙晶体胶结强度两部分,前者受土体性质及相关参数影响,后者主要取决于碳酸钙晶体的含量。采用合适的砂土初始密实度,适当提高胶结液浓度以及胶结液中尿素的浓度占比,均可提高微生物固化砂土试样的胶结强度。

关键词：微生物固化砂土碳酸钙含量峰值强度三轴试验

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菌液注射方式对微生物固化砂土动力特性影响试验研究

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岩土力学 2017年第11期38卷 3173-3178页

作者：崔明娟郑俊杰赖汉江华中科技大学岩土与地下工程研究所湖北武汉430074

微生物固化技术是近年来岩土工程领域兴起的一种新型环保地基处理技术,该技术通过向待固化土体内注入细菌,利用细菌水解尿素,并在引入钙源的条件下,诱导产生碳酸钙晶体以胶结松散土颗粒。在微生物固化过程中,碳酸钙晶体分布的均匀性是... 详细信息

微生物固化技术是近年来岩土工程领域兴起的一种新型环保地基处理技术,该技术通过向待固化土体内注入细菌,利用细菌水解尿素,并在引入钙源的条件下,诱导产生碳酸钙晶体以胶结松散土颗粒。在微生物固化过程中,碳酸钙晶体分布的均匀性是目前该技术研究的热点之一。文中尝试通过在纯菌液中引入0.05 mol/L氯化钙溶液(称为混合菌液)对细菌分布进行人为干预,并基于动三轴试验及扫描电镜测试,对比分析了纯/混菌液、混合菌液及传统纯菌液等注射方式对微生物固化砂土动力特性的影响。试验结果表明:纯/混菌液注射方式能有效提高微生物固化砂土中碳酸钙晶体分布的均匀性,从而获得碳酸钙含量较高、动弹性模量较大及耗能能力较强的微生物固化砂土。

关键词：微生物固化砂土菌液注射方式动三轴试验扫描电镜测试

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微生物固砂的宏细观特性试验研究与数值模拟

微生物固砂的宏细观特性试验研究与数值模拟

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作者：桂科华中科技大学

学位级别：硕士

微生物固化技术(MICP)是一种绿色的生物土壤改良技术,可以有效提升土体强度。然而,微生物矿化反应的影响因素众多,胶结机制复杂,同时,高应力的工程环境会给胶结砂体带来难以预测的损伤和破坏,这些问题在一定程度上限制了该技术在实际工... 详细信息

微生物固化技术(MICP)是一种绿色的生物土壤改良技术,可以有效提升土体强度。然而,微生物矿化反应的影响因素众多,胶结机制复杂,同时,高应力的工程环境会给胶结砂体带来难以预测的损伤和破坏,这些问题在一定程度上限制了该技术在实际工程中的应用。目前针对MICP技术的研究多集中对砂土宏观力学特性的提升上,但宏观尺度的试验未能考虑材料的微细观特性,而胶结砂土的强度、刚度、变形等特性都与其细观结构特性密切相关。因此,本文将结合试验和数值模拟,系统地研究微生物固化砂土的宏观和细观特性,深入探究其胶结形成机制和受力破坏机理。研究内容与成果如下:(1)采用控制变量法,开展MICP固化试验、单轴压缩试验与扫描电镜测试来研究碳酸钙含量和碳酸钙空间分布对胶结砂土宏观力学特性的影响。研究发现,砂土强度与碳酸钙含量呈指数增长关系,与碳酸钙分布均匀性呈正相关关系;随着碳酸钙含量和碳酸钙分布均匀性提升,单轴压缩下胶结砂体的破坏模式由剪切破坏转为张拉破坏;初步探究了MICP固化砂土的胶结机制,碳酸钙以“晶体簇”形式沉积,其尺寸随着胶结水平的提升而增加,与附着在砂颗粒表面的碳酸钙黏结,进而使得相邻砂颗粒胶结,从而显著提升砂土强度。(2)研究了可以真实表征微生物固化砂土结构特性的离散元建模方法。基于扫描电镜等细观手段,确立了砂土结构中不同颗粒组的接触模型与颗粒空间分布规律,并进行了模型验证与细观参数标定,为下一步从细观特性角度探究微生物胶结砂体受荷载作用下的破坏机理研究提供了模型基础。(3)基于离散元,研究了不同胶结水平砂土和不同胶结均匀性砂土的细观特性,并探究其破裂机理。研究发现,胶结程度与胶结分布对单轴压缩下结构的颗粒位移、力链、能量转化和裂纹形态均有显著影响。结构的宏观裂纹的形成源于微裂纹的萌生、扩展和最后的贯通过程,微裂纹沿着胶结破坏带进行生长和扩展。

关键词：微生物固化砂土细观特性离散元颗粒流破坏机理

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