微生物灌漿加固土體新技術的試驗與套用研究

《微生物灌漿加固土體新技術的試驗與套用研究》是依託華中科技大學，由鄭俊傑擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：微生物灌漿加固土體新技術的試驗與套用研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鄭俊傑
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

微生物加固土體技術是近年來國際岩土工程界開始研究的新興的生物地基處理技術。本項目擬通過室內微生物菌種改性土體的巨觀、微觀試驗，選擇適合於加固砂土或粉土的微生物菌種；進行微生物灌漿改性土體的巨觀、微觀試驗，採用離散元方法建立微生物灌漿改性土體系統的細觀數值模型，揭示微生物灌漿改性土體的作用機理；採用微生物灌漿技術套用於加固樁承式加筋路堤的樁間土體，建立反映微生物漿液擴散、沉積與改良土體性能的變化規律的生物-滲流-化學-力學-時間耦合模型，提出基於微生物灌漿加固樁間土的樁承式加筋路堤的全壽命周期的沉降計算方法，並建立樁承式加筋路堤穩定性分析方法。本項目的研究內容屬於傳統岩土工程與現代生物工程技術學科的交叉研究領域，項目成果將為生物地基處理技術套用於高速公路和高速鐵路工程提供重要的理論基礎和試驗基礎，對發展我國綠色岩土工程，建立環境友好型、資源節約型的可持續發展社會具有非常重要的現實意義。

結題摘要

微生物固化（Microbially Induced Calcite Precipitation，以下簡稱為MICP）技術是岩土工程領域興起的一種新型環保的地基處理技術，該技術利用土中微生物的新陳代謝產物誘導產生碳酸鈣晶體，將鬆散土體顆粒膠結成為整體以改善土體的工程力學特性。然而，該新型地基處理技術存在固化土體的均勻性差、強度增長機理及承載變形特性不明確等問題，一定程度上制約了該技術在實際工程中套用的進程。通過開展室內無側限抗壓強度試驗、固結排水/不排水三軸試驗、掃描電鏡測試和離散元數值模擬，探討了微生物固化砂土的碳酸鈣含量及化學轉化效率、應力及孔壓變化規律、抗剪強度參數、碳酸鈣晶體膠結與砂土強度增長機理、破壞模式等，獲得了微生物固化砂土強度及變形特性的系列創新成果，可為微生物固化技術在實際工程中的套用提供理論指導。針對現有微生物固化注菌方法存在的不足，研發出二階段注菌技術，從宏細觀角度及動力回響方面分析了二階段注菌技術在改善固化砂土均勻性方面的有效性，並分析了膠結液濃度、化學處理方式、顆粒粒徑和固化試樣初始含水量對固化砂土強度的影響。研究結果表明二階段注菌技術能夠有效改善微生物固化砂土內碳酸鈣晶體的空間分布均勻性，進而提高微生物固化砂土的強度。從微生物固化技術在實際工程中套用的角度出發，針對樁板式路基結構價格昂貴和傳統樁承式加筋路堤變形控制效果不佳等問題，研發一種新型的“微生物固化加筋墊層-剛性樁”路基結構。研究結果表明“微生物固化加筋墊層-剛性樁”路基結構能夠顯著減小路堤填料及樁間土沉降，並顯著提高路堤荷載傳遞效率。