岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (8): 2241-2252.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1839

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

靶向激活产脲酶微生物联合酶诱导碳酸盐沉淀 加固陆域吹填海砂试验研究

曹光辉1,刘士雨1,蔡燕燕1,俞缙1,孙志龙2   

  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. 中国铁路南昌局集团公司,江西 南昌 330002
  • 收稿日期:2021-10-27 修回日期:2022-04-20 出版日期:2022-08-11 发布日期:2022-08-19
  • 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:hui17750597496@163.com
  • 作者简介:曹光辉,男,1994年生,硕士,主要从事微生物岩土工程加固方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 52178334,No. 51978292);福建省自然科学基金(No. 2019J01048)。

Experimental study on solidification of land reclamation sea sand by EICP combined with targeting activation of microbes producing urease

CAO Guang-hui1, LIU Shi-yu1, CAI Yan-yan1, YU Jin1, SUN Zhi-long2   

  1. 1. Fujian Research Center for Tunneling and Urban Underground Space Engineering, Huaqiao University, Xiamen, Fujian 361021, China; 2. China Railway Nanchang Group Co., Ltd., Nanchang, Jiangxi 330002, China
  • Received:2021-10-27 Revised:2022-04-20 Online:2022-08-11 Published:2022-08-19
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52178334, 51978292) and the Natural Science Foundation of Fujian Province (2019J01048)

摘要:

生物矿化加固土体方式目前呈现多样化,不同矿化方式又有其各自的局限性,酶诱导碳酸盐沉淀(EICP)缺乏成核位点,而靶向激活产脲酶微生物诱导矿化(生物刺激)加固周期较长、强度较低。针对这些问题,提出生物刺激联合EICP加固土体的矿化方法。以厦门翔安国际机场吹填海砂为试验对象,通过无侧限抗压强度测试(UCS)、碳酸钙生成量测定、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和微生物多样性检测等试验评价并分析联合方法的加固效果。结果表明:(1)生物刺激联合EICP的矿化方式得到更高的UCS,可以达到2 300 kPa,大于两者单独矿化的强度之和;(2)生物刺激联合EICP的矿化方式可以促进碳酸钙沉淀生成的同时提高其分布均匀性,并优化碳酸钙的晶体结构;(3)微生物的群落分析表明,生物刺激可以高度激活产脲酶细菌,EICP对部分物种有轻微的刺激作用,生物刺激联合EICP的物种丰富程度、均匀程度则介于EICP和生物刺激之间。

关键词: 靶向激活, 酶诱导碳酸盐沉淀(EICP), 吹填海砂, 加固, 微生物群落

Abstract:

 Biomineralization of soil solidification methods is currently diversified, and different mineralization methods have their own limitations. The enzyme-induced carbonate precipitation (EICP) lacks nucleation sites, while the targeted activation of urease-producing microorganisms induced mineralization (biostimulation) has a longer solidification cycle and lower strength. Aiming at these problems, a mineralization method of biostimulation combined with EICP to reinforce soil is developed. In this paper,  reclaimed sea sand from Xiamen Xiang'an International Airport was investigated. Unconfined compressive strength tests (UCS), calcium carbonate production measurements, scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD), and microbial diversity testing were used to evaluate and analyze the solidification effect of the combined method. Some findings were observed.          1) Biostimulation combined with EICP mineralization can get a higher UCS, up to 2 300 kPa, which was greater than the sum of the UCS of the two separate mineralizations. 2) Biostimulation combined with EICP can promote the formation of calcium carbonate precipitation while improving its distribution uniformity, and optimize the crystal structure of calcium carbonate. 3) Microbial community analysis shows that biostimulation can highly stimulate urease-producing bacteria. EICP has a slight stimulating effect on some species. The species richness and uniformity of biostimulation combined with EICP are between those of EICP and biostimulation.

Key words: targeted activation, enzyme-induced carbonate precipitation (EICP), land reclamation sea sand, solidification, microbial community

中图分类号: TU 431
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