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海水环境下巴氏芽孢杆菌驯化及钙质砂固化效果研究

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岩土力学 2022年第2期43卷 395-404页

作者：肖瑶邓华锋李建林程雷朱文羲三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002

为了提升微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)技术在海洋环境下对钙质砂的加固效果,在以往研究的基础上,设计进行了人工海水环境下巴氏芽孢杆菌多梯度人工驯化培养试验,并结合MICP固化钙质砂柱的力学试验和微细观结构分析,对巴氏芽孢杆菌的驯化... 详细信息

为了提升微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)技术在海洋环境下对钙质砂的加固效果,在以往研究的基础上,设计进行了人工海水环境下巴氏芽孢杆菌多梯度人工驯化培养试验,并结合MICP固化钙质砂柱的力学试验和微细观结构分析,对巴氏芽孢杆菌的驯化效果进行了综合评价。结果表明:(1)海水环境下五梯度驯化后细菌的菌液浓度可达到淡水环境的97%以上,其与胶结液作用后碳酸盐的生成量较淡水环境下有一定幅度提高;(2)驯化后的巴氏芽孢杆菌具有很好的温度适应能力,在10~30℃温度下均有较好的MICP性能;(3)海水环境下加固的钙质砂柱无论是碳酸盐生成量还是无侧限抗压强度均较未驯化前高,尤其是五梯度驯化后的细菌,驯化后的细菌菌体变小,在海水环境生成的碳酸盐(碳酸钙和碳酸镁)晶体更小,更加致密,能更好地填充钙质砂颗粒的孔隙并胶结相邻的钙质砂颗粒,具有更优异的MICP性能。相关研究思路和方法可为MICP技术在海洋环境钙质砂地基加固方面的研究与应用提供参考。

关键词：海水环境梯度驯化钙质砂巴氏芽孢杆菌微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)

利用Triton X-100提升巴氏芽孢杆菌脲酶活性的效果

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材料导报 2024年第1期38卷 205-211页

作者：肖瑶邓华锋李建林熊雨程雷三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学) 湖北宜昌443002

微生物诱导碳酸盐沉积(MICP)技术是近年来发展起来的一种新型绿色加固技术,如何提升MICP技术的加固效能一直是学者关注的热点,本工作重点结合巴氏芽孢杆菌产脲酶原理和非离子表面活性剂的特点,设计采用非离子表面活性剂Triton X-100提升... 详细信息

微生物诱导碳酸盐沉积(MICP)技术是近年来发展起来的一种新型绿色加固技术,如何提升MICP技术的加固效能一直是学者关注的热点,本工作重点结合巴氏芽孢杆菌产脲酶原理和非离子表面活性剂的特点,设计采用非离子表面活性剂Triton X-100提升MICP效能的试验研究。结果表明:(1)在单因素试验结果的基础上,通过响应面试验分析确定了活性剂的最优处理条件,即掺量1.37%、处理时间5.02 h、处理温度34.28℃、菌胶比1∶2.11;(2)采用最优条件处理的巴氏芽孢杆菌对钙质砂进行加固后,钙质砂固化体碳酸钙含量和无侧限抗压强度分别提升了25.48%和22.83%;(3)非离子表面活性剂Triton X-100增大了巴氏芽孢杆菌的细胞膜通透性,一方面使得更多的胞内脲酶释放到细胞外,同时更多的尿素分子进入到细胞内,促进了尿素水解,提升了碳酸钙的生成速率;另一方面使得以细菌为核点生成的碳酸钙胶凝体的结构更为致密,在这两方面作用下,MICP效能得到有效提升。相关思路和研究结果可为MICP加固效果的提升提供新的参考和思路。

关键词：微生物诱导碳酸盐沉积脲酶非离子表面活性剂细胞膜通透性响应面法

不同岩桥角度双裂隙砂岩单轴蠕变试验及三维数值模拟

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岩石力学与工程学报 2023年第10期42卷 2466-2477页

作者：杨超王娇董星辰王乐华王瑞红三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002

为分析不同应力路径下岩桥角度α对岩体强度和破坏特征的影响规律,通过制备7种含不同α的双裂隙砂岩试样,依次开展常规单轴和单、多级蠕变试验。试验结果显示:α对试样的特征应力存在较大影响,但同类型岩体各特征应力之间的比例受α的... 详细信息

为分析不同应力路径下岩桥角度α对岩体强度和破坏特征的影响规律,通过制备7种含不同α的双裂隙砂岩试样,依次开展常规单轴和单、多级蠕变试验。试验结果显示:α对试样的特征应力存在较大影响,但同类型岩体各特征应力之间的比例受α的影响较小;各岩体试样的长期强度σL与对应起裂应力σci非常接近,可将σci看成岩体的长期强度,从而只需通过常规压缩试验便可估算岩体σL值。裂纹扩展方面,α相同的试样在4种加载路径下的贯通特点基本一致:α=0°~45°试样破坏时岩桥均未贯通,而α=60°~90°试样则均呈现岩桥直接贯通破坏的模式。表明α对裂纹扩展的影响要大于应力路径的影响。另外,部分试样还呈现出表观裂纹和内部裂纹扩展并不一致的现象,鉴于此,基于连续介质单元模拟,提出一种基于塑性应变的裂纹扩展判断方法,并建立三维模型进行计算,模拟结果显示与试验结果较为一致。该方法较传统通过塑性区判断裂纹扩展更为准确,可为岩体裂隙的三维时效扩展模拟提供一定的参考和借鉴。

关键词：岩石力学双裂隙砂岩单轴蠕变试验强度特征三维数值模拟

不同特征应力区间单裂隙砂岩与完整岩石蠕变特性的相关关系

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岩石力学与工程学报 2022年第7期41卷 1347-1357页

作者：杨超许轩王乐华孙钱程王瑞红三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002

为研究裂隙硬岩与完整岩石蠕变特性间的相关关系,结合不同特征应力区间下硬岩蠕变特性有较大区别的特点,以不同角度的单裂隙砂岩为对象开展蠕变试验。结果显示:当所受应力σσ时,试样均进入了加速蠕变阶段并最终发生破坏。此时,各试样... 详细信息

为研究裂隙硬岩与完整岩石蠕变特性间的相关关系,结合不同特征应力区间下硬岩蠕变特性有较大区别的特点,以不同角度的单裂隙砂岩为对象开展蠕变试验。结果显示:当所受应力σσ时,试样均进入了加速蠕变阶段并最终发生破坏。此时,各试样蠕变特性的不同不仅包含初始损伤影响,还受到时效损伤的影响。基于此,建立裂隙岩体全阶段损伤蠕变模型:当σσ时,开关断开,时效损伤体进入工作。模型中初始损伤可从应变能角度进行计算,时效损伤则可采用Kachanov蠕变损伤公式计算。该模型对完整岩石和裂隙岩体均适用,仅在参数上有所区别。因此,先根据完整岩石特征应力推导裂隙岩体的特征应力,再计算特征应力区间下的损伤变量便可实现完整岩石推导裂隙岩体的蠕变模型。该思路可为裂隙岩体损伤蠕变模型的研究提供一定借鉴和参考。

关键词：岩石力学单裂隙砂岩蠕变特性损伤变量蠕变模型

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渗流潜蚀对粉砂持水性能影响的试验及预测

工程力学 2024年

作者：陈勇沈长云王力王世梅三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室

渗流潜蚀导致粉砂孔隙比与细粒含量同时变化，进而影响土体持水性能及非饱和渗流场。采集不同潜蚀程度的四个土样，并根据其孔隙比或颗粒级配制备四个对照土样，针对八个土样分别开展包含脱吸湿阶段的土水特征曲线试验，揭示孔隙比与细... 详细信息

渗流潜蚀导致粉砂孔隙比与细粒含量同时变化，进而影响土体持水性能及非饱和渗流场。采集不同潜蚀程度的四个土样，并根据其孔隙比或颗粒级配制备四个对照土样，针对八个土样分别开展包含脱吸湿阶段的土水特征曲线试验，揭示孔隙比与细粒含量对砂土持水性能的影响规律，并建立相应的预测模型。研究结果表明：随着潜蚀程度增加，细颗粒含量从35%减少至22%引发孔隙比增大近60%，二者共同作用导致粉砂在50kPa以下低吸力阶段的持水性能明显弱化，干湿循环中的滞回度增大，且两个因素中孔隙比增大对持水性能的影响程度明显大于细粒含量减小的作用效果；结合颗粒流失总量和渗流体应变，推导潜蚀过程中孔隙比的动态变化规律，建立的土水特征曲线预测模型包含孔隙比和细粒含量两个变量，能够反映不同渗流潜蚀程度对砂土持水性能的影响。

关键词：非饱和土土水特征曲线渗流潜蚀细粒含量预测模型

节理砂质板岩卸荷力学特性及能量演化规律研究

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地下空间与工程学报 2024年

作者：王乐华郭晋帆陈灿徐健文许晓亮三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室

为揭示不同节理类型下砂质板岩卸荷破坏力学特性和能量演化规律,采用RMT-150C岩石力学试验系统开展常规三轴压缩试验和卸荷试验,探讨节理板岩的承载能力、破坏模式及能量演化特征,并基于耗散能提出损伤变量。结果表明:(1)节理类型对试... 详细信息

为揭示不同节理类型下砂质板岩卸荷破坏力学特性和能量演化规律,采用RMT-150C岩石力学试验系统开展常规三轴压缩试验和卸荷试验,探讨节理板岩的承载能力、破坏模式及能量演化特征,并基于耗散能提出损伤变量。结果表明:(1)节理类型对试样的承载能力有较大影响,峰值强度主要表现为无节理试件>双节理试件>单节理试件;(2)试样的宏观破坏模式以剪切破坏为主。卸荷作用会使单节理试件在节理端部产生横向裂隙,而双节理试件则产生贯通性裂纹;(3)总能量和耗散能整体呈现单节理试件<双节理试件<无节理试件的规律,试样的损伤变量(损伤程度)亦是如此。试验结果有助于深入理解不同节理类型岩石力学行为及能量演化特性,可为岩体在卸载围压作用下结构稳定性提供必要依据。

关键词：卸荷节理岩体耗散能损伤变量

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长期浸泡作用下灌浆加固裂隙岩体劣化效应

岩土力学 2019年第A01期40卷 143-151,180页

作者：肖瑶邓华锋李建林支永艳熊雨三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室

为分析灌浆加固裂隙岩体在压力水长期浸泡作用下力学性能的劣化效应,在前期碳纤维水泥基复合灌浆材料加固裂隙岩体研究基础上开展了考虑水压力影响的灌浆加固裂隙岩体长期浸泡试验和在不同浸泡周进行直剪试验。研究结果表明,(1)压力水... 详细信息

为分析灌浆加固裂隙岩体在压力水长期浸泡作用下力学性能的劣化效应,在前期碳纤维水泥基复合灌浆材料加固裂隙岩体研究基础上开展了考虑水压力影响的灌浆加固裂隙岩体长期浸泡试验和在不同浸泡周进行直剪试验。研究结果表明,(1)压力水长期浸泡作用下灌浆加固裂隙岩样的剪应力-剪切位移曲线形态变化趋势明显,剪切刚度逐渐减小,达到峰值抗剪强度时的剪切位移逐渐增大;(2)随着浸泡周期增加,灌浆加固裂隙岩体的抗剪强度呈先陡后缓的劣化趋势,6个浸泡周期(150 d)后不同法向应力下峰值抗剪强度的劣化幅度为32.6%~39.9%,对应内摩擦角和黏聚力分别降低了19.3%、39.4%,其中前4个浸泡周期(0~90 d)抗剪强度参数劣化幅度占总劣化幅度的90%左右;(3)水压力作用下裂隙岩样发生溶解、溶蚀、润滑、软化等物理化学作用,浆体中的凝胶体被进入浆体内部的水分子软化,导致裂隙岩体和灌浆体本身的力学性质逐渐劣化,浆体与裂隙面之间的胶结作用、浆体与碳纤维之间粘结性能逐渐减弱,使得灌浆加固裂隙岩体抗剪性能逐渐劣化,剪切破坏面逐渐发展到浆体与裂隙面之间的胶结面。相关研究成果可为灌浆加固裂隙岩体的长期稳定性分析评价提供参考。

关键词：灌浆加固裂隙岩体碳纤维水压力长期浸泡劣化效应

水-岩作用下砂岩力学特性及微细观结构损伤演化

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岩土力学 2019年第9期40卷 3447-3456页

作者：邓华锋支永艳段玲玲潘登李建林三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室

在库水位反复升降作用下,库岸边坡消落带部分岩体处于浸泡―风干循环状态,其力学特性的劣化将直接影响库岸边坡的变形稳定。以三峡库区库岸边坡消落带砂岩为研究对象,设计并进行了考虑浸泡―风干循环和水压力升降变化的水-岩作用试验。... 详细信息

在库水位反复升降作用下,库岸边坡消落带部分岩体处于浸泡―风干循环状态,其力学特性的劣化将直接影响库岸边坡的变形稳定。以三峡库区库岸边坡消落带砂岩为研究对象,设计并进行了考虑浸泡―风干循环和水压力升降变化的水-岩作用试验。结合SEM电镜扫描,分析了水-岩作用对砂岩微细观结构的影响,采用PFC^2D离散元软件对水-岩作用下砂岩的劣化过程进行了模拟分析。研究结果发现:(1)水-岩作用下砂岩的力学性能劣化效应明显,弹性模量和单轴抗压强度总体呈现先陡后缓的劣化趋势,其中前6次的浸泡―风干循环作用导致的劣化效应尤为明显。(2)水-岩作用下砂岩的微细观结构变化特征明显,由较致密的孔隙式胶结结构逐渐向不规则的蜂窝状结构发展,宏观上就导致了砂岩变形和强度特性的劣化。(3)由PFC^2D离散元模拟分析发现:水-岩作用导致岩石内部颗粒强度和颗粒间黏结强度逐渐劣化,非均匀性增强,荷载作用下的应变局部化特征逐渐明显,整体承载能力逐渐降低,破坏模式由典型的张拉破坏逐渐转变为剪切破坏。

关键词：水-岩作用浸泡-风干循环劣化微细观应变局部化

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薄层水流冲刷条件下斜坡土体的临界起动

土木与环境工程学报(中英文) 2022年

作者：王力陈玙珊占清华王世梅三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学)

斜坡土体侵蚀是丘陵地区和水库岸坡普遍存在的灾害现象，其主要动力因素是降雨或者波浪上爬产生的薄层水流对土体产生的冲刷剪切作用。为探索水流冲刷作用下的斜坡土体临界起动条件，采用自主研发冲刷起动试验装置，开展斜坡土体的冲刷... 详细信息

斜坡土体侵蚀是丘陵地区和水库岸坡普遍存在的灾害现象，其主要动力因素是降雨或者波浪上爬产生的薄层水流对土体产生的冲刷剪切作用。为探索水流冲刷作用下的斜坡土体临界起动条件，采用自主研发冲刷起动试验装置，开展斜坡土体的冲刷起动试验和理论研究。通过颗粒染色和高倍数电子显微等技术手段观测无粘性土颗粒的起动现象，确定了无粘性岸坡土体的起动模式与水流流速的相互关系；探索了不同干密度、不同粘粒含量及不同坡度与粘土斜坡临界起动流速的相互关系，土体的粘粒含量、干密度及坡度对粘性土体的起动流速影响较大，与干密度和土体坡度相比，粘粒含量的大小对粘土斜坡的起动流速影响更为明显。验证了无粘性岸坡土体的临界起动方程，其中滚动起动流速方程具有较好的可靠性；基于粘土的起动模式构建了粘土斜坡的起动力学平衡方程，获得了粘土斜坡半经验半理论的起动流速方程，用试验结果求解了起动流速方程的相关参数，最终确定的起动流速公式与试验结果拟合度较好，同时验证了起动流速公式的可靠性。

关键词：临界起动流速坡面流土体侵蚀起动模式薄层水流