岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (2): 395-404.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1455

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

海水环境下巴氏芽孢杆菌驯化 及钙质砂固化效果研究

肖瑶,邓华锋,李建林,程雷,朱文羲   

  1. 三峡大学 三峡库区地质灾害教育部重点实验室,湖北 宜昌 443002
  • 收稿日期:2021-08-30 修回日期:2021-11-23 出版日期:2022-02-11 发布日期:2022-02-22
  • 通讯作者: 邓华锋,男,1979年生,博士,教授,博士生导师,主要从事地质灾害致灾机制与防治等方面的研究。E-mail: dhf8010@ctgu.edu.cn E-mail: xy0515@ctgu.edu.cn
  • 作者简介:肖瑶,女,1992年生,博士研究生,主要从事微生物岩土体材料的加固及应用等方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. U2034203);湖北省自然科学基金创新群体项目(No. 2020CFA049);三峡大学学位论文培优基金项目(No. 2020BSPY001)。

Study on the domestication of Sporosarcina pasteurii and strengthening effect of calcareous sand in seawater environment

XIAO Yao, DENG Hua-feng, LI Jian-lin, CHENG Lei, ZHU Wen-xi   

  1. Key Laboratory of Geological Hazards on Three Gorges Reservoir Area of Ministry of Education, China Three Gorges University, Yichang, Hubei 443002, China
  • Received:2021-08-30 Revised:2021-11-23 Online:2022-02-11 Published:2022-02-22
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (U2034203), the Innovative Group Project of Natural Science Foundation of Hubei Province (2020CFA049) and the Research Fund for Excellent Dissertation of China Three Gorges University (2020BSPY001).

摘要: 为了提升微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)技术在海洋环境下对钙质砂的加固效果,在以往研究的基础上,设计进行了人工海水环境下巴氏芽孢杆菌多梯度人工驯化培养试验,并结合MICP固化钙质砂柱的力学试验和微细观结构分析,对巴氏芽孢杆菌的驯化效果进行了综合评价。结果表明:(1)海水环境下五梯度驯化后细菌的菌液浓度可达到淡水环境的97%以上,其与胶结液作用后碳酸盐的生成量较淡水环境下有一定幅度提高;(2)驯化后的巴氏芽孢杆菌具有很好的温度适应能力,在10~30 ℃温度下均有较好的MICP性能;(3)海水环境下加固的钙质砂柱无论是碳酸盐生成量还是无侧限抗压强度均较未驯化前高,尤其是五梯度驯化后的细菌,驯化后的细菌菌体变小,在海水环境生成的碳酸盐(碳酸钙和碳酸镁)晶体更小,更加致密,能更好地填充钙质砂颗粒的孔隙并胶结相邻的钙质砂颗粒,具有更优异的MICP性能。相关研究思路和方法可为MICP技术在海洋环境钙质砂地基加固方面的研究与应用提供参考。

关键词: 海水环境, 梯度驯化, 钙质砂, 巴氏芽孢杆菌, 微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)

Abstract: In order to improve the strengthening effect of microbially induced carbonate precipitation (MICP) technology on calcareous sand in the marine environment, on the basis of previous studies, the multi-gradient artificial domestication culture test of Sporosarcina pasteurii in artificial seawater environment was designed and carried out. Combined with the mechanical test and micro-mesostructural analysis of MICP strengthened calcareous sand column, the domestication effect of Sporosarcina pasteurii was comprehensively evaluated. The results showed that: i) The bacterial liquid concentration after five-gradient domestication in seawater environment could reach more than 97% of that in freshwater environment, and the production of carbonate after the interaction with cementing fluid was increased to a certain extent compared with that in freshwater environment. ii) The domesticated Sporosarcina pasteurii had good temperature adaptability, and it had good MICP performance at 10 ℃ to 30 ℃. iii) Both carbonate production and unconfined compressive strength of calcareous sand columns strengthened in seawater environment were higher than those before domestication, especially the bacteria after five-gradient domestication, and the bacteria after domestication became smaller. The carbonate crystals (calcium carbonate and magnesium carbonate) generated in the seawater environment were smaller and denser, which could better fill the pores of calcareous sand particles and cement the adjacent calcareous sand particles, and had better MICP performance. The relevant research ideas and methods can provide reference for the research and application of MICP technology in the reinforcement of calcareous sand foundation in seawater environment.

Key words: seawater environment, gradient domestication, calcareous sand, Sporosarcina pasteurii, microbially induced carbonate precipitation (MICP)

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[1] 赖永明, 俞缙, 刘士雨, 蔡燕燕, 涂兵雄, 刘谦, . pH值下微生物诱导碳酸盐沉淀加固尾矿砂试验研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(6): 1583-1596.
[2] 张季如, 陈敬鑫, 王 磊, 彭伟珂. 三轴剪切过程中排水条件对钙质砂颗粒破碎、变形和强度特性的影响[J]. 岩土力学, 2024, 45(2): 375-384.
[3] 杨阳, 王乐, 马建华, 童晨曦, 张春会, 王智超, 田英辉, . 考虑颗粒破碎影响的钙质砂中海底管道贯入机制研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(2): 623-632.
[4] 沈扬, 马英豪, 芮笑曦. 波浪荷载作用下饱和钙质砂孔压特性及累积损失能量试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(8): 2195-2204.
[5] 李雪, 王滢, 高盟, 陈青生, 彭晓东, . 地震荷载作用下南海非饱和钙质砂动力特性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 821-833.
[6] 钟丽, 陈鑫莲, 刘晓璇, 罗明星, 王兴肖. 不同应力路径下钙质砂的力学及变形特性 试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(10): 2929-2941.
[7] 张涛麟, 耿汉生, 许宏发, 莫家权, 林一帆, 马林建. 钙质砂注浆加固材料制备及固结体性能试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 327-336.
[8] 曾召田, 梁珍, 孙凌云, 付慧丽, 范理云, 潘斌, 于海浩, . 水泥胶结钙质砂导热系数的影响因素试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 88-96.
[9] 申嘉伟, 周博, 付茹, 库泉, 汪华斌, . 钙质砂单颗粒破碎强度和模式的试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 312-320.
[10] 高敏, 何绍衡, 夏唐代, 丁智, 王新刚, 张琼方, . 复杂应力路径下钙质砂颗粒破碎及抗剪强度特性[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 321-330.
[11] 覃东来, 孟庆山, 阎钶, 覃庆龙, 黄孝芳, 饶佩森, . 钙质砂砾剪切强度及变形的粒径效应试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 331-338.
[12] 张小燕, 张益, 张晋勋, 魏凯园, 王宁, . 含橡胶纤维钙质砂的渗透和固结特性试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2115-2122.
[13] 柴源, 牛勇, 吕海波, . 水泥胶结钙质砂地层中单桩竖向承载特性试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2203-2212.
[14] 王嘉璐, 张升, 童晨曦, 戴邵衡, 黎章. 基于染色标定的钙质砂颗粒破碎级配 转移矩阵试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2222-2232.
[15] 陈宾, 邓坚, 胡杰铭, 张建林, 张涛, . 钙质砂一维蠕变分形破碎特性宏微观试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(7): 1781-1790.
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[1] 荣 冠,王思敬,王恩志,刘顺桂. 白鹤滩河谷演化模拟及P2β3玄武岩级别评估[J]. , 2009, 30(10): 3013 -3019 .
[2] 姜领发,陈善雄,于忠久. 饱和土中任意形状衬砌对稳态压缩波的散射[J]. , 2009, 30(10): 3063 -3070 .
[3] 冷伍明,杨 奇,刘庆潭,聂如松. 软基高桥台桩-土相互作用计算新方法研究[J]. , 2009, 30(10): 3079 -3085 .
[4] 刘 斌,李术才,李树忱,钟世航. 隧道含水构造直流电阻率法超前探测研究[J]. , 2009, 30(10): 3093 -3101 .
[5] 钟佳玉,郑永来,倪 寅. 波浪作用下砂质海床孔隙水压力的响应规律实验研究[J]. , 2009, 30(10): 3188 -3193 .
[6] 祝云华,刘新荣,舒志乐. 对“‘深埋隧道开挖围岩失稳突变模型研究’讨论”的答复[J]. , 2009, 30(10): 3215 -3216 .
[7] 刘小文,常立君,胡小荣. 非饱和红土基质吸力与含水率及密度关系试验研究[J]. , 2009, 30(11): 3302 -3306 .
[8] 黄建华,宋二祥. 大型锚碇基础围护工程冻结帷幕力学性态研究[J]. , 2009, 30(11): 3372 -3378 .
[9] 王观石,李长洪,陈保君,李世海. 应力波在非线性结构面介质中的传播规律[J]. , 2009, 30(12): 3747 -3752 .
[10] 杨利国,骆亚生,李 焱,王志杰. 初始应力条件对压实黄土动强度影响的研究[J]. , 2010, 31(1): 87 -91 .