《土壤微生物改性液化粉土的宏細觀機理及套用初探》是依託揚州大學，由許朝陽擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：土壤微生物改性液化粉土的宏細觀機理及套用初探
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：許朝陽
- 依託單位：揚州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
土壤是微生物的良好載體，將微生物技術引入地基處理中，利用微生物酶化作用快速析出的礦物晶體或新陳代謝產物-多糖，促進土體顆粒的膠結，封堵土顆粒間的孔隙，改性液化粉土的靜、動力學性能和抗液化能力。對長江中下游地區的液化粉土進行微生物灌漿，通過巨觀力學試驗、微觀分析、細觀數值模擬、室內和現場試驗，揭示微生物改性土體的內在機制。主要研究內容包括：（1）自主篩選土壤菌株，研究優勢菌株生理生化特性及在土壤中發生的生物物理化學過程；（2）研究改性土體的靜、動力學特性變化；（3）通過微觀組構觀測和細觀模擬，分析改性土體的巨觀力學行為與細觀結構之間的內在機制；（4）結合室內和現場灌漿試驗，探索微生物處理液化粉土地基的生態方法和環境影響，為達到生態加固的目的提供研究基礎。利用微生物可以在多孔介質中生長、運移和繁殖等特性進行土體改性，不僅是全新的理論突破和技術創新，而且對生態環境和可持續發展將帶來深遠的影響。
結題摘要
通過試驗研究、微區分析、細觀數值模擬，研究MICP生物灌漿和鐵基生物灌漿改性粉土的效果及機理，為生物加固和生物修復在岩土工程領域的套用提供研究基礎。 提出了鐵基生物灌漿改性液化粉土的方法，篩選出本土優勢鐵基菌株，明確鐵基菌株的生理化學特性。分別對鐵基和MICP誘導礦物沉積的關鍵影響因素進行研究，提出了鐵基菌株和巴氏芽孢八疊球菌適宜的灌漿時間，明確了MICP中碳酸鈣的形成機理是脲酶作用的結果，碳酸鈣的沉積量並不隨反應液中鈣離子濃度的增大而增加，但晶體的形貌與反應液濃度相關。 通過巨觀力學試驗得出，鐵基灌漿可改善土的工程特性。灌漿後試樣無側限抗壓強度在六次灌漿後提高30%，滲透係數也隨灌漿次數而減小，鐵基灌漿在提高動力性能方面要優於靜力性能，三次鐵基灌漿後粉土的液化循環次數明顯增加，動模量和動強度均得到提高，振動台試驗顯示，鐵基沉積物的填充能夠有效抑制土層對地震波的放大作用，提高地基的動力特性。對比分析了灌漿前后土體的微觀結構和物相組成，揭示了生物灌漿加固粉土的機理。鐵細菌代謝作用形成的鐵基絡合物主要包含優異絮凝效能、比表面積較大的施氏礦物和鹼式磷酸鐵等物質，可吸附土中的游離陽離子及菌絲等多糖產物共同下沉，細顆粒沉積物充填在土粒礦物的晶格構造中，提高土粒間的滑動摩擦以及凹凸面間的鑲嵌作用所產生的摩阻力，從而粉土改善粉土的靜、動力學性能。MICP微生物酶化作用析出的礦物晶體和有機物，逐漸聚合成碳酸鈣晶體團粒和團粒狀凝膠，同時起到膠結作用和填充作用，促進土體顆粒間膠結，封堵土顆粒間孔隙，提高了土體的抗剪強度和動力性能。 建立顆粒流分析模型，對循環加荷條件下改性土體的力學性能進行數值模擬，揭示改性土體的巨觀液化行為與細觀組構變化之間的內在機制。模擬結果與試驗結果的變化趨勢基本一致，驗證了細粒填充可影響土體的動力特性，改性效果隨細粒含量而改變，細粒填充對液化特性的影響細觀上對應顆粒初始接觸數的變化。 採用鐵基灌漿對重金屬污染土進行修復研究，研究表明，生物沉積物可吸附土中有效態的Pb2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+和Cr3+等重金屬離子，形成團聚結合體通過共沉作用，實現了對重金屬的固定。 對比了重力灌漿、壓力灌漿、電滲灌漿等方式在粉土中的灌漿效果，指出EBM灌漿能夠改善粉土中碳酸鈣沉積的非均勻性，可採用多點灌漿和電滲灌漿相結合，綜合提高生物灌漿的沉積效果。
