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微生物反硝化土体加固新技术初探

范珊珊(Saima Fazal (Pakistan))  
【摘要】:在陆地及海洋中存在着多种多样的细菌、藻类、真菌、原核生物参与了地球地质结构的变迁。岩土工程中涉及到的微生物土体加固作用机理尚未完全明确。基于微生物固化的土体加固技术可以满足工程对土体力学性质的需要,同时在微生物参与的改性进程中会伴随一些不利反应。就当前研究成果来看,微生物固化机制可望应用于改善地基承载性能、地下水、土体稳定性等工程领域。 本文研究的主要目的是探讨微生物反硝化作用对土体强度的提高,明确了生物种类及生物数量对土体抗压强度的影响。不断发展中的微生物固化技术可以用来加固土体,同时具有高效、经济、环保等优点。 本文基于微生物诱导碳酸钙沉积技术(MICP),评价了利用假单胞杆菌进行砂土改性的效果。本文选取微生物反硝化作用作为进一步研究的对象,通过化学计量数分析和室内小型试验发现了反硝化进程会诱导碳酸钙的沉积,碳酸钙晶体在砂土颗粒之间起到填充黏结作用从而提高土体的强度和刚度。可供选择的碳酸钙沉积方式较多,利用尿素水解的沉积方式因其破坏环境不具有适用性,当前主流的固化方式是以钙盐作为电子供体和碳源,利用反硝化细菌还原硝酸盐来实现MICP。不同MICP机制适用性评价指标为碳酸钙产量、底物溶解性、反应速率、毒害产物的种类及数量。反硝化进程中所伴随的氮气生成,微生物的生长及过量二氧化碳的生成均有助于形成碳酸钙沉积。滤液中发现碳酸钙晶体,但其晶须太小尚不足以吸附于砂土颗粒表面,一定程度上可以解释量测实际值与理论值之间的质量偏差。间歇反应试验结果及量测质量差验证了可以通过反硝化作用实现MICP。然而,晶体只有在颗粒接触形成中起到黏结作用才有助于提高砂土力学性能,滴酸处理过程中气泡的产生及释放证明了反硝化作用进程中确实生成了碳酸钙。


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