岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (8): 2337-2349.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1325

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微生物-膨润土联合矿化防渗模型试验研究

张宇1,何想2,路桦铭3,马国梁1,刘汉龙1,肖杨1   

  1. 1. 重庆大学 土木工程学院,重庆 400045;2. 南洋理工大学 土木与环境工程学院,新加坡 639789; 3. 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司,贵州 贵阳 550081
  • 收稿日期:2022-08-26 接受日期:2022-11-09 出版日期:2023-08-21 发布日期:2023-08-21
  • 通讯作者: 肖杨,男,1982年生,博士,教授,博士生导师,主要从事微生物土、能源土、粗粒土、透明土力的力学特性研究。E-mail:hhuxyanson@163.com E-mail:18792597190@163.com
  • 作者简介:张宇,男,1997年生,硕士,主要从事微生物土加固机制方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 41831282,No. 51922024,No. 52078085);重庆英才计划优秀科学家项目(No. cstc2021ycjh-bgzxm0051)。

Experimental study on sand anti-seepage by microorganism-bentonite combined mineralization

ZHANG Yu1, HE Xiang2, LU Hua-ming3, MA Guo-liang1, LIU Han-long1, XIAO Yang1   

  1. 1. School of Civil Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China; 2. School of Civil and Environmental Engineering, Nanyang Technological University, Singapore 639798, Singapore; 3. Power China Guiyang Engineering Corporation Limited, Guiyang, Guizhou 550081, China
  • Received:2022-08-26 Accepted:2022-11-09 Online:2023-08-21 Published:2023-08-21
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (41831282,51922024,52078085) and the Chongqing Talents Program (cstc2021ycjh-bgzxm0051).

摘要: 砂土地基发生渗漏时容易引发地基塌陷和工程结构破坏等工程安全问题。利用微生物-膨润土联合矿化的方法开展了大尺寸砂柱的防渗模型试验,研究了砂土的颗粒粒径、浆液的液固比与注浆次数等因素对砂柱的渗透特性、内部侵蚀特性及膨润土与碳酸钙沉淀分布的影响,分析了处理后试样的封堵稳定性和微观结构,进一步评估了微生物-膨润土联合矿化方法的处理效果。结果表明,通过微生物-膨润土联合矿化方法可以有效地提高砂土的防渗效果与封堵稳定性。经过1~3次注浆后,试样的渗透系数最大可以降低4个数量级,并且渗透过程中的侵蚀速率也得到了成倍的降低,最低达到了0.51 g/(s·m2)。针对膨润土与碳酸钙沉淀在砂土封堵中起到的作用,分析了微生物-膨润土联合矿化方法的防渗机制。该研究成果证实了微生物-膨润土联合矿化方法应用于砂土防渗工程的可行性,为微生物注浆技术解决砂土地基渗漏问题提供了重要参考。

关键词: 微生物诱导碳酸钙沉淀, 膨润土, 渗透系数, 颗粒粒径, 浆液液固比

Abstract: The seepage of sandy foundation would lead to the collapse of foundation and the destruction of engineering structure. A series of large-scale sand column seepage model experiments war carried out by microorganism-bentonite combined mineralization method. The discussion in-depth was conducted for the effects of sand particle size, slurry liquid-solid ratio and treatment cycles on the permeability, internal erosion characteristic and bentonite and calcium carbonate precipitation distribution of sand. Moreover, the stability of sealing and the microstructure were thoroughly investigated and the treatment effect of microorganism-bentonite combined mineralization method was evaluated. It was found that this method could improve the seepage prevention effect and the stability of sealing of sand, and the permeability coefficient of samples could be reduced by up to 4 orders of magnitude. In addition, the erosion rate during the permeation process was also reduced by several times and reached as low as 0.51 g/(s·m2). Based on the effect of bentonite and calcium carbonate precipitation on sand sealing, the anti-seepage mechanism of microorganism-bentonite combined mineralization method was analyzed. The results show that the microorganism-bentonite combined mineralization method is feasible and efficient in the seepage control of sand, which will provide an important reference for the application of microbial mineralization technology to engineering anti-seepage problems.

Key words: microbially induced calcium carbonate precipitation, bentonite, permeability coefficient, particle size, slurry liquid-solid ratio

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