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微生物固化工程裸土抗风蚀扬尘性能试验研究

河南理工大学学报(自然科学版) 2024年第4期 169-176页

作者：张敏霞王亚涛刘璐牛双建康俊亚房燕飞河南理工大学土木工程学院南京工业大学交通运输工程学院深圳市市政工程总公司

目的岩土微生物技术在土木工程领域已广泛应用，本文基于微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）固化土体技术，探究其固化土体的抗风蚀扬尘效果及固化机理。方法利用巴氏生孢八叠球菌，对比分析微生物固化典型工程裸土建筑渣土和砂土试样和其... 详细信息

目的岩土微生物技术在土木工程领域已广泛应用，本文基于微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）固化土体技术，探究其固化土体的抗风蚀扬尘效果及固化机理。方法利用巴氏生孢八叠球菌，对比分析微生物固化典型工程裸土建筑渣土和砂土试样和其洒水固化试样，通过风洞试验、表面强度测试、微观结构观测研究微生物固化试样抗风蚀扬尘性能，提出一种新型土壤抑尘措施。结果根据风洞试验和表面强度测试结果发现：同比条件下，微生物固化试样风蚀质量累计损失远远低于洒水试样的，风洞试验后微生物固化试样表面强度虽有所下降，但其表面强度仍强于洒水试样，试验结果验证了微生物固化工程裸土提升其抗风蚀扬尘的可行性及其显著效能.基于电镜扫描和X射线能谱试验分析显示：渣土和砂土试样经微生物固化后，土颗粒表面和孔隙间均产生大量碳酸钙沉积，有效增强了土颗粒间黏结性能，但CaCO3晶体结构在不同土壤中略有差异，在工程渣土试样中主要为片状结构、在砂土试样中为球状或球状堆积体结构。结论微生物固化技术有效提升了土壤抗风蚀扬尘性能，且具备良好的时效性，对土壤防尘治理具有一定的参考价值。

关键词：微生物固化工程裸土抗风蚀扬尘 CaCO3

基于颗粒尺寸与级配的微生物固化钙质砂最大动剪切模量试验研究

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岩石力学与工程学报 2024年

作者：单毅平阳泽袁杰崔杰童华炜李亚东广州大学土木工程学院广州大学广东省滨海软土地区地下结构安全防护工程技术研究中心

微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）是一种用于改善砂土动力特性的降碳减污型加固技术。利用MICP加固技术对南海海域钙质砂样进行加固处理，并开展了一系列共振柱试验与扫描电子显微镜试验，系统地讨论了颗粒尺寸d50、不均匀系数Cu及曲率系... 详细信息

微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）是一种用于改善砂土动力特性的降碳减污型加固技术。利用MICP加固技术对南海海域钙质砂样进行加固处理，并开展了一系列共振柱试验与扫描电子显微镜试验，系统地讨论了颗粒尺寸d50、不均匀系数Cu及曲率系数Cc对MICP固化砂最大动剪切模量Gmax的影响。试验结果表明：钙质砂的Gmax随着d50增大而增大，随着Cu增大而减小，随着Cc增大而先减小后增大；与此同时，MICP固化砂的Gmax与Cu和Cc的对应关系跟钙质砂保持相同，但Gmax则随着d50增大而先增大后减小；此外，MICP固化效果与碳酸钙含量相关，而碳酸钙含量的差异归因于颗粒尺寸大小与颗粒级配均匀性的差异，其主要通过孔隙数量和体积的不同来影响细菌的滞留量。针对是否考虑碳酸钙含量修正的初始孔隙比，提出了考虑颗粒尺寸与级配特征的Gmax预测模型，并采用大量文献数据验证了模型的有效性与适用性。该试验研究可为采用MICP技术改善钙质砂动力特性的实际工程运用提供理论依据。

关键词：岩土工程微生物固化钙质砂最大动剪切模量颗粒尺寸颗粒级配预测模型

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沸石增强砂土微生物固化效果研究

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2024年第3期43卷 304-309页

作者：朱文羲邓华锋李建林熊雨程雷黄小芸陈勇琪三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002

为提高砂土的微生物固化效果,考虑沸石作为吸附材料具有多孔的特性,通过宏观物理力学试验和微细观检测,系统分析了沸石对微生物固化砂土的增强效果。研究结果表明:沸石能够显著提高砂土微生物加固过程中的固菌率。与常规微生物固化相比... 详细信息

为提高砂土的微生物固化效果,考虑沸石作为吸附材料具有多孔的特性,通过宏观物理力学试验和微细观检测,系统分析了沸石对微生物固化砂土的增强效果。研究结果表明:沸石能够显著提高砂土微生物加固过程中的固菌率。与常规微生物固化相比,掺入沸石后,固菌率提升约5.5倍,抗压强度提升39.35%,渗透系数减小71.94%。掺入沸石,一方面能够增加碳酸钙沉淀生成量,并改善其分布均匀性;另一方面,沸石周围的碳酸钙沉淀对两侧砂颗粒起到良好的桥接作用,能够增强砂颗粒之间的结构性及试样的整体性。研究成果为进一步优化微生物诱导碳酸钙沉积技术提供参考。

关键词：微生物诱导碳酸钙沉积沸石固菌率微生物固化碳酸钙生成量

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胶结剂对花岗岩残积土微生物固化特性的影响规律

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中国公路学报 2023年第8期36卷 181-189页

作者：张永杰刘涛黄万东曹俊黄金鑫欧阳健长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

为系统分析胶结剂对花岗岩残积土微生物固化特性的影响规律,分别考虑氯化钙、氯化镁与乙酸钙等3种胶结剂以及4种固化次数,进行微生物固化花岗岩残积土的室内试验,对不同工况的固化试样分别开展无侧限抗压强度(UCS)、碳酸盐生成率、崩解... 详细信息

为系统分析胶结剂对花岗岩残积土微生物固化特性的影响规律,分别考虑氯化钙、氯化镁与乙酸钙等3种胶结剂以及4种固化次数,进行微生物固化花岗岩残积土的室内试验,对不同工况的固化试样分别开展无侧限抗压强度(UCS)、碳酸盐生成率、崩解、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)试验,以此分析胶结剂与固化次数对花岗岩残积土力学特性的影响规律及其固化机理。研究结果表明:试验采用的3种胶结剂下,花岗岩残积土的固化效果均随固化次数的增加而提升,固化次数相同时,氯化钙、氯化镁、乙酸钙3种胶结剂对花岗岩残积土的固化效果依次减弱;固化最佳工况为氯化钙固化14次试样,无侧限抗压强度达到1045 kPa,崩解系数降至9%;固化次数较少时固化试样存在明显的不均匀性,其随固化次数的增加而得到改善,但其改善效果随固化次数增加而减弱;不同胶结剂反应产生的碳酸盐沉淀晶体形态不同,其主要附着在土体颗粒表面和颗粒之间,所起胶结作用是改善花岗岩残积土固化试样宏观物理力学特性的根本原因。

关键词：路基工程花岗岩残积土微生物固化崩解系数微观结构

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微生物固化工程裸土抗风蚀扬尘性能试验研究

河南理工大学学报(自然科学版) 2023年

作者：张敏霞王亚涛刘璐牛双建康俊亚房燕飞河南理工大大学土木工程学院深圳市市政工程总公司南京工业大学交通运输工程学院

基于微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)固化土体技术，通过利用巴氏生孢八叠球菌，进行微生物固化典型工程裸土建筑渣土和砂土试验，研究微生物固化试样抗风蚀扬尘效果以及其固化机理，提出一种新型土壤抑尘措施。根据风洞试验和表面强度测试... 详细信息

基于微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)固化土体技术，通过利用巴氏生孢八叠球菌，进行微生物固化典型工程裸土建筑渣土和砂土试验，研究微生物固化试样抗风蚀扬尘效果以及其固化机理，提出一种新型土壤抑尘措施。根据风洞试验和表面强度测试结果表明：同比条件下，微生物固化试样风蚀质量累计损失远低于洒水试样，风洞试验后表面强度有所下降，但前者表面强度远高于后者，试验表明了微生物固化工程裸土提升其抗风蚀扬尘的显著效能和可行性；基于电镜扫描和X射线能谱分析显示：土样经微生物固化后，土颗粒表面和孔隙间均产生大量碳酸钙沉积，有效增强了土颗粒间黏结性能，CaCO3晶体结构在不同土壤中略有差异，在建筑渣土主要为片状结构、在砂土试样为球状或球状堆积体结构。试验结果表明微生物固化技术有效提升了土壤抗风蚀扬尘性能，具有一定的参考价值。

关键词：微生物固化工程裸土抗风蚀扬尘 CaCO

胶结液浓度对微生物固化花岗岩残积土强度特性的影响规律

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湖南大学学报(自然科学版) 2023年

作者：张永杰欧阳健黄万东刘涛朱剑锋陈剑华中交路桥建设有限公司长沙理工大学土木工程学院浙江科技学院土木与建筑工程学院

在分析花岗岩残积土物理特性的基础上，选用巴氏芽孢杆菌菌液和不同浓度的氯化钙与尿素的混合胶结液，利用设计的室内试验装置对花岗岩残积土开展不同灌注次数的微生物固化试验，并对不同工况的固化试样进行无侧限抗压强度（UCS）试验... 详细信息

在分析花岗岩残积土物理特性的基础上，选用巴氏芽孢杆菌菌液和不同浓度的氯化钙与尿素的混合胶结液，利用设计的室内试验装置对花岗岩残积土开展不同灌注次数的微生物固化试验，并对不同工况的固化试样进行无侧限抗压强度（UCS）试验、碳酸钙生成率测试和崩解试验，同时开展X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等微观结构分析，以此探讨胶结液浓度和灌注次数对固化后花岗岩残积土强度特性的影响规律.结果表明：试验参数范围内，灌注次数相同时，胶结液浓度为1.0 mol/L时，试样的固化效果最好；胶结液浓度相同时，灌注次数越多，试样的固化效果越好；固化试样的崩解性大大降低，崩解系数均小于30%；微生物固化生成的方解石晶体呈现明显的簇状，填充、胶结在土颗粒之间，与砂土的微生物固化特性具有一定差异性，但两者的固化过程与机理具有相似性.

关键词：微生物固化花岗岩残积土无侧限抗压强度崩解性微观结构

花岗岩残积土溅蚀特征及微生物固化抗溅蚀研究

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花岗岩残积土溅蚀特征及微生物固化抗溅蚀研究

作者：甘钰南昌大学

学位级别：硕士

水力侵蚀是最严重的土壤退化过程之一,溅蚀是水力侵蚀的初始阶段,由雨滴对土壤表面团聚体的破坏力引起。除了降雨强度,土壤特性和地表状况对于理解溅蚀至关重要。然而,目前关于土壤前期含水量和砾石条件等因素对溅蚀的影响研究较少,尤... 详细信息

水力侵蚀是最严重的土壤退化过程之一,溅蚀是水力侵蚀的初始阶段,由雨滴对土壤表面团聚体的破坏力引起。除了降雨强度,土壤特性和地表状况对于理解溅蚀至关重要。然而,目前关于土壤前期含水量和砾石条件等因素对溅蚀的影响研究较少,尤其是针对我国水力侵蚀现象频繁的赣南花岗岩残积土地区的溅蚀研究还不足。本文将花岗岩残积土作为研究对象,通过室内降雨溅蚀试验和正交试验,研究降雨强度、砾石含量、砾石粒径和前期土壤含水量四种单一因素作用和多因素耦合作用对土壤溅蚀过程的影响。同时,采用喷洒法对花岗岩残积土进行表面处理并进行溅蚀试验,结合扫描电镜观测技术,研究喷洒式微生物诱导碳酸钙沉淀(Microbially Induced Calcium Carbonate Precipitation,MICP)表面固化处理对花岗岩残积土的抗溅蚀性的改善效果,并探讨其微观机制。主要得出以下结论:(1)通过不同降雨强度下的溅蚀试验得出:溅蚀率与降雨强度呈正相关关系;溅蚀量与降雨强度呈指数关系,并且与降雨历时呈线性关系;对于一次降雨产生的溅蚀颗粒与降雨过程中的溅蚀颗粒,其粒径分选组成均为粉粒(0.002～0.02mm)含量最高,粗砂(0.2～2mm)含量最少;粘粒(0.02mm的粒径颗粒含量随着降雨历时和前期含水量的变化则呈相反趋势;土壤颗粒的破碎程度随降雨历时的延长先下降再上升后波动稳定,随前期含水量的增大而下降;溅蚀过程的分选性随降雨历时的延长先减弱再增强后波动稳定。前期含水量12%～25%条件下,两种颗粒含量和破碎程度变化趋势均相反;溅蚀过程的分选性随降雨历时的延长先增强后波动稳定,随前期含水量的增大先减弱后增强,在前期含水量为12%时分选性最弱。此外,溅蚀粒径分选各指标与前期含水量的关系均可用抛物线方程描述。(4)基于正交实验法,采用室内降雨溅蚀试验,研究降雨强度、前期含水量、砾石含量及砾石粒径四种因素共同作用下对土壤溅蚀的影响,结果表明:对于溅蚀量,四种因素影响的主次顺序为降雨强度>前期含水量>砾石含量>砾石粒径;对于溅蚀粒径分选中粘粒(砾石含量>前期含水量>砾石粒径;然而对于溅蚀分选中粉粒(0.002～0.02mm)和粗砂(0.2～2mm)颗粒含量、粉粒(0.002～0.02mm)和细砂(0.02～0.2mm)颗粒富集率主次顺序则为降雨强度>砾石含量>砾石粒径>前期含水量。(5)采用微生物固化技术对土样加固后进行室内降雨溅蚀试验,结果表明:微生物对土壤开裂有修复作用,且处理过的土样表面有一层质地较硬的“保护层”,土样表面从裂缝修复处开始破坏;各细菌浓度下,OD=0.75处理的土样表面破坏程度最小;加固次数越多,土样表面破坏程度越小;降雨

关键词：花岗岩残积土溅蚀粒径分选影响因素正交试验微生物固化

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活性氧化镁-微生物固化软黏土试验研究

活性氧化镁-微生物固化软黏土试验研究

作者：汪平太南京林业大学

学位级别：硕士

在“碳中和”和“碳达峰”双重目标的引领下,发展绿色环保低碳、高效经济节能的软土地基处理技术是现代工程建设向生态、可持续发展模式转变的关键。软黏土是长江中下游地区常见、分布较广的土质,具有颗粒粒径细、含水率高、承载能力低... 详细信息

在“碳中和”和“碳达峰”双重目标的引领下,发展绿色环保低碳、高效经济节能的软土地基处理技术是现代工程建设向生态、可持续发展模式转变的关键。软黏土是长江中下游地区常见、分布较广的土质,具有颗粒粒径细、含水率高、承载能力低等特点,本文基于活性氧化镁碳化技术和微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)技术,提出活性氧化镁-微生物固化软黏土技术,改善软黏土力学性质。研究成果为软黏土的活性氧化镁微生物固化技术提供理论支持。本文的主要研究内容和成果如下:(1)研究了多种因素对活性氧化镁-微生物固化软黏土强度的影响。以活性氧化镁掺量、尿素浓度、养护龄期、菌液浓度为控制变量,对活性氧化镁-微生物固化软黏土过程中的无侧限抗压强度变化进行了试验研究。试验结果表明,活性氧化镁-微生物固化软黏土的无侧限抗压强度随着活性氧化镁的掺量和养护龄期的增加而逐渐增大,随着尿素浓度的升高,固化软黏土的强度呈现先增大后减小的特征,最优尿素浓度为2mol/L。菌液浓度对固化软黏土强度也有显著影响,采用高浓度菌液(OD=2)有利于提高固化土强度。(2)研究了多种因素对活性氧化镁-微生物固化软黏土含水率、pH和崩解率的影响。以活性氧化镁掺量、尿素浓度、养护龄期、菌液浓度为控制变量,对活性氧化镁-微生物固化软黏土过程中的含水率、pH以及崩解率变化进行了试验研究。试验结果表明,活性氧化镁-微生物固化软黏土的含水率和崩解率随活性氧化镁的掺量的增加而降低,而pH随着活性氧化镁的掺量的增加而升高。随着养护龄期的增加,含水率、pH以及崩解率逐渐降低,随着尿素浓度的升高,固化软黏土的含水率、pH和崩解率呈现先减小后增大的特征。菌液浓度对固化软黏土含水率、pH以及崩解率也有显著影响,低菌液浓度的固化试样的含水率、pH和崩解率较高菌液浓度的固化试样有了明显升高。(3)探究了活性氧化镁-微生物固化软黏土强度提升的机理。通过了XRD和SEM微观测试分析发现,活性氧化镁-微生物固化软黏土强度的提升是因为土体中掺入的活性氧化镁水化生成氢氧化镁,氢氧化镁与微生物代谢产生的脲酶催化尿素水解生成的碳酸根进一步反应结合生成球碳镁石、水碳镁石等碱式碳酸盐产物,填充土颗粒间的孔隙并胶结土颗粒,从而提高了土体强度。(4)研究了活性氧化镁-微生物固化软黏土的耐久特性。对两种活性氧化镁掺量(15%、20%)和四种尿素浓度(1mol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L)的活性氧化镁-微生物固化软黏土进行了7次干湿/冻融循环试验,分析了活性氧化镁掺量、尿素浓度、干湿/冻融循环次数对固化土干湿/冻融循环强度特性的影响。试验结果表明,软黏土经活性氧化镁-微生物固化后耐久性能得到了显著提升,干湿/冻融循环后仍有较高的强度,表现出较好的耐干湿/冻融循环性能。随着干湿/冻融循环次数的增加,固化土强度和质量均逐渐降低,但冻融循环试样的质量损失较小;干湿/冻融循环后,固化土强度随着活性氧化镁掺量的增加而增加,随着尿素浓度的提高先升后降,其中尿素浓度为2mol/L的试样强度损失最少,干湿/冻融循环后强度最高。

关键词：微生物固化活性氧化镁软黏土无侧限抗压强度耐久性

纤维联合微生物固化温室墙体力学及热工性能研究

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纤维联合微生物固化温室墙体力学及热工性能研究

作者：梁生伟兰州理工大学

学位级别：硕士

“戈壁农业”的兴起有效的缓解了粮菜争地矛盾,温室大棚种植将河西走廊丰富的光资源利用起来,在提高非耕地面积使用率的同时让反季节果蔬惠及千家万户。在戈壁地区温室墙体做法中如夯实土墙、砂袋墙、水泥砌墙等普遍厚度大,远距离运输... 详细信息

“戈壁农业”的兴起有效的缓解了粮菜争地矛盾,温室大棚种植将河西走廊丰富的光资源利用起来,在提高非耕地面积使用率的同时让反季节果蔬惠及千家万户。在戈壁地区温室墙体做法中如夯实土墙、砂袋墙、水泥砌墙等普遍厚度大,远距离运输材料亦增加工期和成本,若将来温室废弃后又易造成资源浪费与环境污染,故仍需积极探索适宜戈壁温室墙体的新做法。近年来新兴的微生物固化技术(MICP)可将松散的砂石固结成整体,且具有操作简单、施工扰动小、环境友好等优点,被广泛应用于混凝土裂缝修护、土体加固、古建筑修复等领域。MICP技术可将戈壁地区丰富的砂石资源利用起来,经固化后作为温室墙体建设用材,既经济环保又高效,同时联合纤维加筋技术,既改善了MICP加固中存在脆性破坏、均匀性差等问题,又促使提升固化后试样的整体强度及稳定性。本文使用纤维联合MICP技术将砂石固结,从力学与热工性能两个角度进行探究,以期应用于温室围护结构建设的可行性,得出主要结论如下:(1)MICP技术联合纤维可提高CaCO析出量、试样干密度、抗渗性能与强度,其中掺0.4%的棉丝纤维时CaCO析出量最高为18.43%,掺入0.4%的聚丙烯纤维时渗透系数最低,且干密度较素砂试样提高约12%;试样的抗压强度与其内部CaCO析出量呈正相关,聚丙烯纤维在掺量为0.4%-0.6%时UCS较素砂提高了17.5%。综合各指标分析纤维掺量宜为0.4%-0.6%,联合聚丙烯纤维固化效果更佳。(2)从宏微观角度分析联合固化机理,一是CaCO的包裹增加了砂粒间及纤维-砂粒间的咬合力,同时CaCO的胶结性强化了纤维的“锚固与加筋”作用;二是纤维在内部形成空间网状结构,在荷载作用时抑制了砂粒的相对位移,并且产生一定的拉应力对强度损失及裂缝发展起到约束作用;以夯实厚土墙温室空间骨架结构为例计算MICP固化墙体承载能力,得出墙体上表面受到竖直压力为15.215k N,下表面所承受压力为184.82k N。(3)CaCO填充空隙增大了材料导热,其附着在砂粒与纤维上形成CaCO“热桥”,承担了砂粒间的热量传递。在两种墙体厚度相同时,MICP固化墙体的导热系数与蓄热系数低于夯实厚土墙,而热阻反之,说明固化墙体保温性能更优,蓄热性能略低于夯实厚土墙,其热惰性指标更高有利于营造稳定的温室热环境,且通过模拟墙内温度场发现可适当减小热稳定层厚度以增加有限的耕地面积,说明MICP技术应用于温室墙体建设具有一定的可行性。

关键词：微生物固化纤维加筋温室墙体物理力学指标热工指标