微生物固化前后生活廢水污染砂土的力學特性研究綜述

胡光華 劉浩 王剛 王嘉怡

摘 要 利用實驗室內特殊情況下培養的微生物可以固化砂土的特性，將該種微生物用來改善被生活廢水污染的砂土的微觀結構特征，經力學實驗表明，微生物固化后的砂土耐久性得以增強，并且加固后的土體與原砂土相比具有較小的孔隙率，因此具有良好的工程應用。本項目擬將設計多組平行實驗對微生物固化前后砂土的壓縮系數、無側限抗壓強度、抗剪強度等力學特性的變化進行分析與比較。

關鍵詞 微生物固化 平行實驗 力學特性

一、引言

化學灌漿材料作為一種常見的加固砂土材料，由于其在使用過程中，會產生易于揮發的有害物質，對工作人員以及周邊環境產生一定的危害，該缺點在很大程度上抑制了其在工程上的廣泛應用。為了克服化學灌漿材料的上述缺陷，微生物固化技術作為一種環境友好型技術以其不會產生易揮發的有害氣體而被廣泛研究。微生物固化技術主要利用微生物的代謝產物與被污染的砂土里的鈣離子進行反應，生成碳酸鈣沉淀，從而有效的降低砂土內孔隙率，從而達到加固砂土的目的，使得被加固的砂土具有良好的耐久性和力學特性。于此同時，由于微生物固化過程中以菌液的形式滲透到被污染的砂土內，無需較大的壓力即可在一定范圍內大規模的加固砂土，因此不會對土層有大規模的擾動。

本文基于對微生物礦化注漿技術有較深入的了解，研究團隊在微生物馴化、篩選等方面有一定的研究基礎，建立了基于微生物優勢培養和篩選理論的脲酶微生物實驗室和原位培養工藝。因此本文的研究將依照設計多組平行實驗，對微生物固化前后的砂土的力學特性進行比較的思路，對微生物固化砂土的可能性進行實驗基礎介紹。

二、項目研究目標及主要內容

在本科土力學的學習過程中，砂土的力學特性主要包括壓縮系數、無側限抗壓強度、抗剪強度等參數指標，為了驗證微生物固化后砂土的力學特性，本項目將通過四個平行實驗對微生物固化前后砂土的力學特性的變化進行分析并比較。

首先，開展被污染的砂土固化前后的一維壓縮性試驗，利用實驗室內相關的儀器得出微生物固化前后被污染砂土壓縮系數的變化；其次，開展被污染的砂土固化前后的無側限抗壓強度試驗，利用實驗室內相關的儀器得出微生物固化前后污染砂土無側限抗壓強度的變化；然后，開展被污染的砂土固化前后的直剪試驗，主要是固結快剪試驗，利用實驗室內相關的儀器得出微生物固化前后污染砂土抗剪強度的變化；最后，平行制備微生物固化后的砂土試樣，放入養護箱內，養護30d，60d，研究微生物固化后養護時間對力學特性的影響。

三、項目研究技術路線

（一）微生物固化前后污染砂土的壓縮特性研究

制備微生物固化前后生活廢水污染砂土的壓縮試樣，開展一維壓縮試驗（平行制備兩個試樣），加載等級12.5kPa、25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、800kPa。

（二）微生物固化前后污染砂土的無側限抗壓強度試驗研究

制備微生物固化前后生活廢水污染砂土的無側限抗壓試樣，平行制備三個土樣，前后分別各進行三次試驗。

（三）微生物固化前后污染砂土的直剪試驗研究（平行制備兩組試樣，每組三個）

制備微生物固化前后生活廢水污染砂土的直剪試樣，進行固結快剪試驗，固結壓力取100 kPa、200 kPa、400 kPa，平行制備三個土樣，前后分別各進行兩次試驗。

（四）研究微生物固化后養護時間對力學特性的影響

平行制備微生物固化后的試樣，放入養護箱內，養護30d，60d。2個試樣進行兩次壓縮試驗；3個試樣進行三次無側限抗壓強度試驗；6個試樣進行兩次固結快剪試驗（固結壓力取100kPa、200kPa、400kPa）。

四、總結

自改革開放已來，由于能源的急劇消耗，綠色建筑的概念不斷被建筑工程的學者提出并深化，目前綠色建筑已深入土木工程的方方面面，微生物固化技術，作為一種環境友好型技術，符合國家對于工程綠色建筑的要求，是建筑行業在可持續發展的戰略上不可忽視的一步。據已有研究表明，經過微生物固化后的砂土在力學特性上，尤其是強度方面，甚至比普通的水泥混凝土更強一些。并且，由于微生物固化技術的可調節性，以及其在應用上的大范圍，更深層次，使得微生物固化技術引發了很多學者的探究，目前已有將其應用于工程的實際案例，并且已經取得了較好的效果。本項目擬將通過多組平行實驗，分析了被污染的砂土在微生物固化前后力學性能的實驗方案，詳細的論證了微生物固化砂土技術的可行性，為后續實驗的開展進行了鋪墊。

參考文獻：

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