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微生物联合橡胶材料诱导碳酸盐沉淀固化钙质砂试验研究

汪艺  
【摘要】:南海一直以来都是我国重要海域,特殊的地理位置使它具有极其特殊的军事战略意义,而南海岛礁是南海珍贵的陆地面积,地质构造比较特殊的一点是广泛分布着珊瑚碎屑等碎片组成的钙质砂,是一种形状不规则、孔隙多、强度低、易破碎的材料。在我国建设开发南海岛礁,对南海特殊的地质进行传统的机械、物理和化学等方式加固地基时,会遇到加固效果差、成本高、污染环境等问题。然而MICP(microbial inducedcalcite precipitation,微生物诱导碳酸盐结晶)技术的兴起,为我们提供了一种新的钙质砂地基加固方式,若其能成为合格的钙质砂地基,将为南海岛礁诸多建筑设施提供理论研究,而且南海区域海水资源丰富,若能利用其资源培养微生物,将会给当地的经济与环境带来巨大的效益。这种技术的优点是所使用的细菌本身就是无害无污染的,不会对环境造成破坏影响,且在MICP固化过程中也没有有毒物质排出,固化后的钙质砂物理性质和强度均良好,相比传统的固化方式具有更多的优点。但MICP技术也存在缺陷,固化后的砂土自重大、脆性大而且均匀性也差,导致固化效果不是特别理想。现已有研究发现将橡胶颗粒掺入土中能显著提高土体的抗渗性,减小土体自重,更能循环利用废旧轮胎,节约资源。为了将橡胶颗粒更好的应用于微生物加固技术中,提高固化砂土的效果,本文利用MICP技术,在菌液和胶结液浓度与配置、灌浆方式、加固轮数等条件一定的情况下,选取0~1mm、1~2mm、2~3mm三种橡胶粒径和0%~30%中十种橡胶含量,研究不同橡胶配比对MICP固化钙质砂的影响。通过碳酸钙含量、干密度、吸水率、渗透系数四个物理特性指标和无侧限抗压强度、动剪切模量、阻尼比三个力学特性指标对掺不同橡胶含量和粒径的固化钙质砂进行分析,论文具体研究内容如下:(1)广泛阅读本领域的相关文献,总结国内外有关钙质砂和微生物固化砂土的研究现状及其发展水平,评述了已有研究工作的优缺点及局限性,提出了相关问题的进一步研究思路和解决方案。(2)通过碳酸钙含量试验、干密度试验、吸水率试验、渗透性试验,研究了MICP固化掺橡胶钙质砂的四个物理特性,探讨了橡胶含量和橡胶粒径对其特性的影响,并根据试验现象分析了这四个物理特性指标随橡胶含量和橡胶粒径变化的机理,获得了不同条件下掺橡胶固化钙质砂的物理特性参数的定量结果。(3)通过无侧限抗压试验,研究了MICP固化掺橡胶钙质砂的强度特性,从定性分析和定量分析两方面入手,考察了结构物破坏的过程、劈裂界面的特征、无侧限抗压强度随橡胶含量、橡胶粒径和碳酸钙含量变化的规律,揭示了不同橡胶含量、橡胶粒径和碳酸钙含量下固化试样的强度特性变化机理。(4)通过GDS共振柱试验,对掺不同橡胶含量和橡胶粒径的固化钙质砂动剪切模量和阻尼比两个动力特性指标进行分析,研究了MICP固化掺橡胶钙质砂在小应变范围内的动力特性。根据试验现象分析了这两个动力特性指标随橡胶含量和橡胶粒径变化的机理,并利用Hardin-Drnevich双曲线模型对掺橡胶固化钙质砂试样的动剪切模量进行归一化处理,在回归分析的基础上,对双曲线模型进行修正后得到经验拟合公式,可对不同MICP掺橡胶钙质砂试样的动剪切模量随剪应变变化的趋势进行预测。


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