模拟海水环境下MICP固化钙质砂的力学特性
发布时间：2021-08-01 13:37
钙质砂广泛分布于近海大陆架、海岸带及大洋岛礁,具有低强度和易破碎的特点,且长期受风浪侵蚀。为了改善钙质砂的力学特性,提出了基于微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）固化技术,并在模拟海水环境中开展了一系列固化试验,测试了试样的无侧限抗压强度,同时与淡水环境下获得的试验结果进行了对比分析。此外,试验通过设置不同尿素浓度（0.25,0.5,1.0和1.5 mol/L）的胶结液,探究了尿素浓度对MICP固化钙质砂力学性能的影响及机理。研究结果表明:①MICP技术能够适用海洋环境,且对钙质砂的加固效果比淡水环境更佳,在海水环境中固化后试样的无侧限抗压强度相比淡水环境得到了成倍提高;②海水的弱碱性环境对提升脲酶菌活性和MICP固化效果具有积极作用;③尿素浓度对MICP的固化效果有重要影响,试样的无侧限抗压强度随尿素浓度的增加呈先增加后减小趋势,本次试验发现最优尿素浓度为1.0 mol/L;④MICP固化试样的无侧限抗压强度与微生物诱导生成的碳酸盐含量呈正相关关系。
【文章来源】：岩土工程学报. 2020,42(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
无侧限抗压强度试验砂柱模型及试样
图3给出了各组试样无侧限抗压强度随尿素浓度的变化关系。从图3中可以看出，随着尿素浓度的增大，模拟海水试样的平均无侧限抗压强度呈先增加后减少趋势，在尿素浓度为1.0 mol/L时达到峰值1452.7 kPa。图3 模拟海水环境下不同尿素浓度的无侧限抗压强度
图2 5组试样的应力–应变曲线尿素是MICP过程的主要原料，尿素浓度的增加可以增大式（1）生化反应速率，有利于促进产物（CO32-）生成，同时尿素增多可以刺激细菌脲酶活性升高[54]，从而提高尿素水解和碳酸钙结晶效率。受上述因素控制，在一定范围内MICP试样的固化效果和力学强度随着尿素浓度的增加不断提高。赵茜发现，当尿素浓度超过0.6 mol/L时，脲酶活性接近峰值并趋于平稳，浓度高于1.6 mol/L时，脲酶活性开始下降[54]。本试验中，尿素浓度为1.5 mol/L的试样强度低于尿素浓度1.0 mol/L的试样，此时溶液中过高的盐度开始抑制细菌细胞的新陈代谢和生理活性，进而阻碍脲酶的产生，间接降低MICP固化效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]颗粒破碎对钙质砂压缩特性影响的试验研究[J]. 李彦彬,李飒,刘小龙,陈文炜. 工程地质学报. 2020(02)
[2]钙质砂破碎过程及其微观机制试验研究[J]. 张丙树,顾凯,李金文,唐朝生,施斌,李天斌. 工程地质学报. 2020(04)
[3]微生物矿化作用改善岩土材料性能的影响因素[J]. 尹黎阳,唐朝生,谢约翰,吕超,蒋宁俊,施斌. 岩土力学. 2019(07)
[4]海水环境下MICP加固珊瑚砂试验[J]. 彭劼,田艳梅,杨建贵. 水利水电科技进展. 2019(01)
[5]微生物拌和加固钙质砂渗透特性试验研究[J]. 马瑞男,郭红仙,程晓辉,刘景儒. 岩土力学. 2018(S2)
[6]珊瑚砂微生物固化体单轴损伤本构模型[J]. 方祥位,李晶鑫,李捷,陈适,姚志华. 地下空间与工程学报. 2018(05)
[7]纤维加筋微生物固化砂土的力学特性[J]. 谢约翰,唐朝生,尹黎阳,吕超,蒋宁俊,施斌. 岩土工程学报. 2019(04)
[8]珊瑚砂微生物固化体三轴压缩试验及损伤本构模型研究[J]. 方祥位,李晶鑫,李捷,申春妮. 岩土力学. 2018(S1)
[9]巴氏芽孢八叠球菌及相关微生物的生物矿化的分子机理与应用[J]. 吴洋,练继建,闫玥,齐浩. 中国生物工程杂志. 2017(08)
[10]微生物砂浆防护粉土坡面的强度与抗侵蚀性影响因素分析[J]. 邵光辉,冯建挺,赵志峰,刘鹏,李泽,周宁娜. 农业工程学报. 2017(11)
博士论文
[1]微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）固化土壤实验研究[D]. 赵茜.中国地质大学（北京） 2014
[2]南沙群岛珊瑚礁工程地质特性及大型工程建设可行性研究[D]. 王新志.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2008
[3]钙质砂基本力学性质及颗粒破碎影响研究[D]. 张家铭.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2004
本文编号：3315623
【文章来源】：岩土工程学报. 2020,42(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
无侧限抗压强度试验砂柱模型及试样
图3给出了各组试样无侧限抗压强度随尿素浓度的变化关系。从图3中可以看出，随着尿素浓度的增大，模拟海水试样的平均无侧限抗压强度呈先增加后减少趋势，在尿素浓度为1.0 mol/L时达到峰值1452.7 kPa。图3 模拟海水环境下不同尿素浓度的无侧限抗压强度
图2 5组试样的应力–应变曲线尿素是MICP过程的主要原料，尿素浓度的增加可以增大式（1）生化反应速率，有利于促进产物（CO32-）生成，同时尿素增多可以刺激细菌脲酶活性升高[54]，从而提高尿素水解和碳酸钙结晶效率。受上述因素控制，在一定范围内MICP试样的固化效果和力学强度随着尿素浓度的增加不断提高。赵茜发现，当尿素浓度超过0.6 mol/L时，脲酶活性接近峰值并趋于平稳，浓度高于1.6 mol/L时，脲酶活性开始下降[54]。本试验中，尿素浓度为1.5 mol/L的试样强度低于尿素浓度1.0 mol/L的试样，此时溶液中过高的盐度开始抑制细菌细胞的新陈代谢和生理活性，进而阻碍脲酶的产生，间接降低MICP固化效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]颗粒破碎对钙质砂压缩特性影响的试验研究[J]. 李彦彬,李飒,刘小龙,陈文炜. 工程地质学报. 2020(02)
[2]钙质砂破碎过程及其微观机制试验研究[J]. 张丙树,顾凯,李金文,唐朝生,施斌,李天斌. 工程地质学报. 2020(04)
[3]微生物矿化作用改善岩土材料性能的影响因素[J]. 尹黎阳,唐朝生,谢约翰,吕超,蒋宁俊,施斌. 岩土力学. 2019(07)
[4]海水环境下MICP加固珊瑚砂试验[J]. 彭劼,田艳梅,杨建贵. 水利水电科技进展. 2019(01)
[5]微生物拌和加固钙质砂渗透特性试验研究[J]. 马瑞男,郭红仙,程晓辉,刘景儒. 岩土力学. 2018(S2)
[6]珊瑚砂微生物固化体单轴损伤本构模型[J]. 方祥位,李晶鑫,李捷,陈适,姚志华. 地下空间与工程学报. 2018(05)
[7]纤维加筋微生物固化砂土的力学特性[J]. 谢约翰,唐朝生,尹黎阳,吕超,蒋宁俊,施斌. 岩土工程学报. 2019(04)
[8]珊瑚砂微生物固化体三轴压缩试验及损伤本构模型研究[J]. 方祥位,李晶鑫,李捷,申春妮. 岩土力学. 2018(S1)
[9]巴氏芽孢八叠球菌及相关微生物的生物矿化的分子机理与应用[J]. 吴洋,练继建,闫玥,齐浩. 中国生物工程杂志. 2017(08)
[10]微生物砂浆防护粉土坡面的强度与抗侵蚀性影响因素分析[J]. 邵光辉,冯建挺,赵志峰,刘鹏,李泽,周宁娜. 农业工程学报. 2017(11)
博士论文
[1]微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）固化土壤实验研究[D]. 赵茜.中国地质大学（北京） 2014
[2]南沙群岛珊瑚礁工程地质特性及大型工程建设可行性研究[D]. 王新志.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2008
[3]钙质砂基本力学性质及颗粒破碎影响研究[D]. 张家铭.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2004
本文编号：3315623
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