非飽和土體中微生物封堵機理研究

《非飽和土體中微生物封堵機理研究》是依託東南大學，由鄧溫妮擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：非飽和土體中微生物封堵機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：鄧溫妮
• 依託單位：東南大學

中文摘要

目前國內外很多學者開展了利用岩土體表層的微生物來修復或改良岩土體性質的研究，並取得了較好的研究成果。本課題致力於通過試驗和數值模擬相結合的手段來研究非飽和土體中的微生物封堵機理。首先通過土柱的滲透試驗來分析不同因素（包括土體類型，微生物數量，營養液濃度及注入速率等）對微生物封堵效果的影響，並結合電子顯微鏡觀察微生物封堵前后土體的微觀結構的改變。接著，基於滲透試驗和微觀結構結果，提出一套微生物封堵過程的理論模型，建立封堵效果與微生物量等變數之間的關係式。最後，提出一套考慮生物場-滲透場耦合的二維有限元模型，來模擬微生物封堵對非飽和土體滲流的影響。本課題的研究成果對利用微生物封堵來處理地下結構的防滲問題起到了很好的指導作用，可望綠色環保的解決地下結構物的防滲防漏問題，具有良好的套用前景。

結題摘要

地下結構的滲漏問題一直是岩土工程領域亟待解決的問題，微生物封堵技術是一種較為新型的高效環保的防滲堵漏方法。本項目通過室內試驗和數值模擬研究了非飽和土體中微生物封堵機理。首先，通過對溫度、pH值等影響因素分析，確定了最適於巴氏芽孢桿菌的生長條件以及培養基選擇。結果表明巴氏芽孢桿菌適用於鹼性條件和高溫，在低溫條件下活性低。其次，通過開展室內砂柱試驗，分別研究了基於微生物膜的封堵和基於微生物誘導碳酸鈣沉澱的封堵。基於微生物膜的封堵採用灌注馬鈴薯液的方式，結果發現土體滲透係數迅速下降，但馬鈴薯液極易在入口處形成封堵，且其封堵效果隨時間增加逐漸降低。對基於微生物誘導碳酸鈣沉澱的封堵試驗開展了詳細研究，分析了不同營養液濃度以及土顆粒粒徑和級配對土體滲透性能的影響。營養液濃度在1mol/L時滲透係數下降最多，同時顆粒過細或過粗對滲透係數影響均較小。最後，利用有限元軟體對微生物封堵進行了數值模擬分析，通過數值模型計算了不同初始菌液分布、營養液濃度、營養液傳輸速率和分布灌漿次數等因素的影響。結果表明，結果表明微生物初始分布、初始孔隙比、灌漿速度和次數對均對最終碳酸鈣含量影響很大，膠結液濃度對最終碳酸鈣量影響最小。最有效的灌漿方式為菌液和膠結液反向分步灌漿，膠結液濃度為1~1.5 mol/L，採用較高的灌漿速度。