岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (4): 1104-1114.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1068

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于微生物诱导碳酸钙沉淀的天然海水 加固钙质砂效果评价

董博文1，刘士雨1, 2，俞缙1，肖杨3，蔡燕燕1，涂兵雄1   

  1. 1. 华侨大学 福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心，福建 厦门 361021； 2. 华侨大学 福建省智慧基础设施与监测重点实验室，福建 厦门 361021；3. 重庆大学 土木工程学院，重庆 400045
  • 收稿日期:2020-07-27 修回日期:2020-11-02 出版日期:2021-04-12 发布日期:2021-04-26
  • 通讯作者: 刘士雨，男，1979年生，博士，副教授，硕士生导师，主要从事岩土力学与工程方面的教学与研究。E-mail: scholarrain@163.com E-mail:hqudbw@stu.hqu.edu.cn
  • 作者简介:董博文，男，1996年生，硕士研究生，主要从事微生物岩土材料与工程方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No. 51978292）；福建省自然科学基金（No. 2019J01048）；华侨大学研究生科研创新基金（No. 18014086010）。

Evaluation of the effect of natural seawater strengthening calcareous sand based on MICP

DONG Bo-wen1, LIU Shi-yu1, 2, YU Jin1, XIAO Yang3, CAI Yan-yan1, TU Bing-xiong1   

  1. 1. Fujian Research Center for Tunneling and Urban Underground Space Engineering, Huaqiao University, Xiamen, Fujian 361021, China; 2. Key Laboratory for Intelligent Infrastructure and Monitoring of Fujian Province, Huaqiao University, Xiamen, Fujian 361021, China; 3. College of Civil Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China
  • Received:2020-07-27 Revised:2020-11-02 Online:2021-04-12 Published:2021-04-26
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51978292), the Natural Science Foundation of Fujian Province (2019J01048) and the Subsidized Project for Postgraduates’ Innovative Fund in Scientific Research of Huaqiao University (18014086010).

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摘要： 使用天然海水进行微生物培养并诱导碳酸钙沉淀（MICP）加固钙质砂试验，首先通过微生物的生长繁殖情况和脲酶活性的变化研究海水对微生物的影响。然后，根据MICP加固前后钙质砂渗透性和无侧限抗压强度（UCS）的变化评价海水对MICP加固效果的影响。最后，利用SEM和XRD测试分析海水影响MICP加固钙质砂效果的机制。结果表明：（1）天然海水使微生物的生长出现滞后期，但稳定期的微生物数量和脲酶活性与淡水环境下相差不大；（2）使用海水MICP加固钙质砂的效果与淡水条件下相比差别较小，钙质砂的渗透系数可降低一个数量级，UCS值可达1.7 MPa；（3）海水条件下MICP过程受到海水成分、微生物、钙离子浓度、尿素浓度和pH值等因素的调控，主要沉积的碳酸钙晶型为方解石，方解石填充了粒间孔隙，使砂颗粒胶结为整体，这是钙质砂力学性能提高的主要原因。

关键词: 钙质砂, 微生物诱导碳酸钙沉淀, 天然海水, 巴氏芽孢杆菌, 方解石

Abstract: The natural seawater was used to carry out the experiment of microbial culture and microbial-induced calcium carbonate precipitation (MICP) to strengthen calcareous sand. First, the effect of seawater on microorganisms was studied through the growth and reproduction of microorganisms and the change of urease activity. Then, the effect of seawater on the strengthening effect of MICP was evaluated according to the changes of calcareous sand permeability and unconfined compressive strength (UCS) before and after MICP treatment. Finally, the mechanism of the effect of seawater on the strengthening of calcareous sand by MICP was analyzed by SEM and XRD tests. The results show that: 1) natural seawater leads to a lag in the growth of microorganisms, but the number of microorganisms and urease activity in the stable stage are not significantly different from those in fresh water environment; 2) the effect of using seawater to strengthen calcareous sand by MICP is less different than that under fresh water condition, the permeability coefficient of calcareous sand can be reduced by an order of magnitude, and the UCS value can reach 1.7 MPa; 3) under the condition of natural seawater, the MICP process is controlled by seawater composition, microorganisms, calcium ion concentration, urea concentration and pH. The main crystal form of calcium carbonate is calcite, which can fill the intergranular pores and make the sand particles cement as a whole, which is the main reason for the improvement of mechanical properties of calcareous sand.

Key words: calcareous sand, MICP, natural seawater, Bacillus pasteurii, calcite

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