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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

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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） 2024年第2期46卷 23-32页

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) 湖北宜昌443002

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,采用自主研发的冲刷起动试验装置,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,采用自主研发的冲刷起动试验装置,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黏性土颗粒的起动现象,确定了无黏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、不同黏粒含量及不同坡度与黏土斜坡临界起动流速的相互关系,土体的黏粒含量、干密度及坡度对黏性土体的起动流速影响较大,与干密度和土体坡度相比,黏粒含量对黏土斜坡的起动流速影响更为明显。验证了无黏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强的可靠性;基于黏土的起动模式构建了黏土斜坡的起动力学平衡方程,获得了黏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

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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

木质素磺酸钙增强花岗岩残积土微生物固化效果研究

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土木工程学报 2024年第3期57卷 123-132页

作者：朱文羲邓华锋李建林肖瑶熊雨程雷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 三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002

为提升微生物固化花岗岩残积土的效果,综合考虑木质素磺酸钙的特点和MICP(Microbial-induced calcite precipitation)作用过程的环境条件,设计进行木质素磺酸钙增强MICP固化花岗岩残积土试验,综合宏观物理力学试验和微细观检测,系统分... 详细信息

为提升微生物固化花岗岩残积土的效果,综合考虑木质素磺酸钙的特点和MICP(Microbial-induced calcite precipitation)作用过程的环境条件,设计进行木质素磺酸钙增强MICP固化花岗岩残积土试验,综合宏观物理力学试验和微细观检测,系统分析木质素磺酸钙对微生物固化花岗岩残积土的增强效果及增强机制。结果表明:①木质素磺酸钙能够显著提高花岗岩残积土微生物加固过程中的胶结物产量,木钙掺量在4.00%左右达到最佳,与常规MICP相比,胶结物生成量提高了48.86%;②木质素磺酸钙的掺入,显著提高了固化体的抗压强度和抵抗变形能力,2.00%~8.00%掺量下固化体的抗压强度提升了4.75%~41.20%,破坏时应变增加16.24%~38.55%;③掺入木质素磺酸钙后,固化体的孔隙大小及孔隙率均有不同程度降低,孔隙率降低了12.97%~37.38%,固化体的整体密实性进一步增强;④木质素磺酸钙的掺入,改善了残积土的孔隙结构,为后续微生物加固提供更好的环境条件;⑤在微生物固化花岗岩残积土过程中掺入木质素磺酸钙后,改善了微生物生长的酸碱环境,丰富了MICP作用过程中的钙源,提升了固菌率,促进了MICP反应,同时改善了碳酸钙沉淀颗粒的大小、性状及排列形式,使得胶结物产量进一步提升,从而提升固化体的整体固化效果。

关键词：木质素磺酸钙 MICP 花岗岩残积土固化效果微观结构

非贯通双节理砂质板岩加卸荷力学特性及裂纹扩展机制

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土木与环境工程学报(中英文) 2024年

作者：王乐华徐健文陈灿郭晋帆许晓亮三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室土木与建筑学院

地下洞室开挖卸荷过程中，节理岩体的力学特性和裂纹扩展行为对工程的安全和稳定至关重要。以四川卡拉水电站地下厂房节理砂质板岩为研究对象，开展完整和非贯通节理砂质板岩三轴加载与卸荷试验，分析加载和卸荷路径下砂质板岩的力学与... 详细信息

地下洞室开挖卸荷过程中，节理岩体的力学特性和裂纹扩展行为对工程的安全和稳定至关重要。以四川卡拉水电站地下厂房节理砂质板岩为研究对象，开展完整和非贯通节理砂质板岩三轴加载与卸荷试验，分析加载和卸荷路径下砂质板岩的力学与变形特性，探讨不同强度准则描述砂质板岩加卸荷力学特性的适用性，并结合断裂力学探究其裂纹扩展机制。研究结果表明：随着初始围压的增加，不同应力路径下试样的峰值应力和峰值应变均呈增加趋势；与三轴加载试验相比，卸荷路径及节理均会使试样承载能力降低，升轴压卸围压和卸轴压卸围压时完整试样黏聚力c分别增加4.1%和减少30.4%，内摩擦角φ分别增大3.5%和7.3%，节理试样较完整试样黏聚力c分别降低32.9%和53%，内摩擦角φ分别降低2.2%和10%;Mogi-Coulomb强度准则较Mohr-Coulomb和Drucker-Prager强度准则能更好地表征砂质板岩在加载和卸荷过程中的破坏强度特征；在相同路径下，理论起裂角大小随围压的增加而递增，而双节理试样均大于完整试样；不同路径下试样的理论起裂角大致集中在55°～60°。

关键词：卸荷岩体力学非贯通节理砂质板岩断裂力学裂纹扩展

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泥岩卸荷损伤-水次序作用下的劣化规律研究

岩土工程学报 2024年第2期46卷 385-395页

作者：王宇夏厚磊茆苏徽闫亮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 三峡大学防灾减灾湖北省重点实验室湖北宜昌443002

工程开挖建设导致软岩形成卸荷损伤,其在水-岩作用下的劣化特征与卸荷损伤程度密切相关。以巴东地区红层泥岩为研究对象,设计进行了泥岩卸荷损伤模拟试验,随后对卸荷损伤泥岩试样进行水-岩作用试验,结果显示:卸荷损伤导致泥岩局部矿物... 详细信息

工程开挖建设导致软岩形成卸荷损伤,其在水-岩作用下的劣化特征与卸荷损伤程度密切相关。以巴东地区红层泥岩为研究对象,设计进行了泥岩卸荷损伤模拟试验,随后对卸荷损伤泥岩试样进行水-岩作用试验,结果显示:卸荷损伤导致泥岩局部矿物颗粒形态破坏、微裂缝发育,在后续水-岩作用下颗粒间胶结程度持续弱化,孔隙、裂缝进一步扩展。宏细观参数随水-岩作用时间的增长,其中质量m呈现先上升后骤然下降再趋于稳定的趋势,纵波波速P呈现先减少后上升的趋势,体积应变εv呈现逐渐增大的趋势,分形维数K呈逐渐增长的趋势;且各参数的增长速率均随卸荷损伤程度D的增大呈幂函数增加,当D≥0.49时,各参数的增长速率急剧增大;确定以质量、纵波波速、体积应变和分形维数作为与水反应系统的变量,并运用非线性动力学理论建立了水-岩作用下的泥岩劣化模型,并验证了模型的合理性。研究结果表明所建模型能表征卸荷损伤泥岩在水-岩作用下的宏细观特征参数变化趋势提供一定理论参考。

关键词：卸荷损伤水-岩作用宏细观参数劣化规律非线性动力学模型

碎石含量对三峡库区坡耕地土壤氮磷流失特征的影响

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农业工程学报 2024年第3期40卷 127-137页

作者：赵冰琴胡鑫凯高儒章施伟豪张兴凤朱万庆夏振尧许文年三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学) 宜昌443002 水泥基生态修复技术湖北省工程研究中心(三峡大学) 宜昌443002

坡耕地是三峡库区水土流失的主要来源,导致土壤养分的损失,严重影响库区生态环境建设与社会经济可持续发展。库区坡耕地土壤浅薄化和砾质化特征明显,但目前对含碎石坡耕地土壤侵蚀和养分流失特征的研究尚不多见。该研究通过设置3个降雨... 详细信息

坡耕地是三峡库区水土流失的主要来源,导致土壤养分的损失,严重影响库区生态环境建设与社会经济可持续发展。库区坡耕地土壤浅薄化和砾质化特征明显,但目前对含碎石坡耕地土壤侵蚀和养分流失特征的研究尚不多见。该研究通过设置3个降雨梯度(60、90、120 mm/h)和4种碎石含量(0、10%、20%、30%),开展人工模拟降雨试验,分析各试验条件下含碎石土壤产流产沙和氮磷流失特征。结果表明:1)碎石主要通过改变土壤结构以增大产流产沙量来促进氮磷流失,而对相应流失速率与流失浓度的变化规律影响较小,不同碎石含量下泥沙产量的变异系数更高,且泥沙中不同碎石含量下的氮磷流失量显著性差异更强(P库区坡耕地氮磷流失防治应以减少侵蚀产沙为主,注意大雨暴雨多发季节的水质监测与施肥控制。同时可对土中碎石进行清除使其保持在不高于10%水平。研究结果可为三峡库区含碎石坡耕地水土流失防治和氮磷流失治理提供科学参考。

关键词：土壤侵蚀碎石含量雨强产流产沙氮磷流失回归分析

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3D打印弯曲根系拉拔力学特性试验研究

水文地质工程地质 2024年第1期51卷 82-90页

作者：丁瑜彭博识夏振尧刘振贤刘楚鑫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 防灾减灾湖北省重点实验室湖北宜昌443002

天然根系具有不同弯曲形态,对根土相互作用特性影响极大。以往研究多将根系视为顺直,未充分考虑弯曲根系拉拔受力变形特征、破坏模式。利用3D打印技术制作弯曲根系,开展3种根径(2.0,3.5,5.0 mm)、5种弯曲度(1.00,1.05,1.10,1.15,1.20)... 详细信息

天然根系具有不同弯曲形态,对根土相互作用特性影响极大。以往研究多将根系视为顺直,未充分考虑弯曲根系拉拔受力变形特征、破坏模式。利用3D打印技术制作弯曲根系,开展3种根径(2.0,3.5,5.0 mm)、5种弯曲度(1.00,1.05,1.10,1.15,1.20)的根系拉伸、拉拔试验,探索弯曲根系的拉拔力学特性。结果表明:根系拉伸特性受到弯曲结构和自身材料性质共同影响,根系最大拉伸力、拉伸变形刚度随弯曲度增加而减小,随直径增加而增大;根系峰值拉拔力随弯曲度增加呈先增大后减小,弯曲度1.15时最大,峰值拉拔位移呈类似变化趋势;弯曲根系齿肋挤压土体形成啮合作用,有助于增强根土相互作用;弯曲细根系的拉伸力和拉伸刚度低,更容易与土体协同变形承担拉拔荷载。弯曲根系受力变形与直根系差异极大,研究结果可为弯曲形态根系固土评价提供理论参考。

关键词： 3D打印弯曲根系拉拔试验根土相互作用峰值拉拔力