胡光華 劉浩 王剛 王嘉怡

摘 要 利用實驗室內(nèi)特殊情況下培養(yǎng)的微生物可以固化砂土的特性，將該種微生物用來改善被生活廢水污染的砂土的微觀結(jié)構(gòu)特征，經(jīng)力學(xué)實驗表明，微生物固化后的砂土耐久性得以增強，并且加固后的土體與原砂土相比具有較小的孔隙率，因此具有良好的工程應(yīng)用。本項目擬將設(shè)計多組平行實驗對微生物固化前后砂土的壓縮系數(shù)、無側(cè)限抗壓強度、抗剪強度等力學(xué)特性的變化進(jìn)行分析與比較。

關(guān)鍵詞 微生物固化 平行實驗 力學(xué)特性

一、引言

化學(xué)灌漿材料作為一種常見的加固砂土材料，由于其在使用過程中，會產(chǎn)生易于揮發(fā)的有害物質(zhì)，對工作人員以及周邊環(huán)境產(chǎn)生一定的危害，該缺點在很大程度上抑制了其在工程上的廣泛應(yīng)用。為了克服化學(xué)灌漿材料的上述缺陷，微生物固化技術(shù)作為一種環(huán)境友好型技術(shù)以其不會產(chǎn)生易揮發(fā)的有害氣體而被廣泛研究。微生物固化技術(shù)主要利用微生物的代謝產(chǎn)物與被污染的砂土里的鈣離子進(jìn)行反應(yīng)，生成碳酸鈣沉淀，從而有效的降低砂土內(nèi)孔隙率，從而達(dá)到加固砂土的目的，使得被加固的砂土具有良好的耐久性和力學(xué)特性。于此同時，由于微生物固化過程中以菌液的形式滲透到被污染的砂土內(nèi)，無需較大的壓力即可在一定范圍內(nèi)大規(guī)模的加固砂土，因此不會對土層有大規(guī)模的擾動。

本文基于對微生物礦化注漿技術(shù)有較深入的了解，研究團(tuán)隊在微生物馴化、篩選等方面有一定的研究基礎(chǔ)，建立了基于微生物優(yōu)勢培養(yǎng)和篩選理論的脲酶微生物實驗室和原位培養(yǎng)工藝。因此本文的研究將依照設(shè)計多組平行實驗，對微生物固化前后的砂土的力學(xué)特性進(jìn)行比較的思路，對微生物固化砂土的可能性進(jìn)行實驗基礎(chǔ)介紹。

二、項目研究目標(biāo)及主要內(nèi)容

在本科土力學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，砂土的力學(xué)特性主要包括壓縮系數(shù)、無側(cè)限抗壓強度、抗剪強度等參數(shù)指標(biāo)，為了驗證微生物固化后砂土的力學(xué)特性，本項目將通過四個平行實驗對微生物固化前后砂土的力學(xué)特性的變化進(jìn)行分析并比較。

首先，開展被污染的砂土固化前后的一維壓縮性試驗，利用實驗室內(nèi)相關(guān)的儀器得出微生物固化前后被污染砂土壓縮系數(shù)的變化；其次，開展被污染的砂土固化前后的無側(cè)限抗壓強度試驗，利用實驗室內(nèi)相關(guān)的儀器得出微生物固化前后污染砂土無側(cè)限抗壓強度的變化；然后，開展被污染的砂土固化前后的直剪試驗，主要是固結(jié)快剪試驗，利用實驗室內(nèi)相關(guān)的儀器得出微生物固化前后污染砂土抗剪強度的變化；最后，平行制備微生物固化后的砂土試樣，放入養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)，養(yǎng)護(hù)30d，60d，研究微生物固化后養(yǎng)護(hù)時間對力學(xué)特性的影響。

三、項目研究技術(shù)路線

（一）微生物固化前后污染砂土的壓縮特性研究

制備微生物固化前后生活廢水污染砂土的壓縮試樣，開展一維壓縮試驗（平行制備兩個試樣），加載等級12.5kPa、25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、800kPa。

（二）微生物固化前后污染砂土的無側(cè)限抗壓強度試驗研究

制備微生物固化前后生活廢水污染砂土的無側(cè)限抗壓試樣，平行制備三個土樣，前后分別各進(jìn)行三次試驗。

（三）微生物固化前后污染砂土的直剪試驗研究（平行制備兩組試樣，每組三個）

制備微生物固化前后生活廢水污染砂土的直剪試樣，進(jìn)行固結(jié)快剪試驗，固結(jié)壓力取100 kPa、200 kPa、400 kPa，平行制備三個土樣，前后分別各進(jìn)行兩次試驗。

（四）研究微生物固化后養(yǎng)護(hù)時間對力學(xué)特性的影響

平行制備微生物固化后的試樣，放入養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)，養(yǎng)護(hù)30d，60d。2個試樣進(jìn)行兩次壓縮試驗；3個試樣進(jìn)行三次無側(cè)限抗壓強度試驗；6個試樣進(jìn)行兩次固結(jié)快剪試驗（固結(jié)壓力取100kPa、200kPa、400kPa）。

四、總結(jié)

自改革開放已來，由于能源的急劇消耗，綠色建筑的概念不斷被建筑工程的學(xué)者提出并深化，目前綠色建筑已深入土木工程的方方面面，微生物固化技術(shù)，作為一種環(huán)境友好型技術(shù)，符合國家對于工程綠色建筑的要求，是建筑行業(yè)在可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略上不可忽視的一步。據(jù)已有研究表明，經(jīng)過微生物固化后的砂土在力學(xué)特性上，尤其是強度方面，甚至比普通的水泥混凝土更強一些。并且，由于微生物固化技術(shù)的可調(diào)節(jié)性，以及其在應(yīng)用上的大范圍，更深層次，使得微生物固化技術(shù)引發(fā)了很多學(xué)者的探究，目前已有將其應(yīng)用于工程的實際案例，并且已經(jīng)取得了較好的效果。本項目擬將通過多組平行實驗，分析了被污染的砂土在微生物固化前后力學(xué)性能的實驗方案，詳細(xì)的論證了微生物固化砂土技術(shù)的可行性，為后續(xù)實驗的開展進(jìn)行了鋪墊。

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