基于新型單相MICP技術(shù)改性黏性土力學(xué)特性的試驗(yàn)研究*

張 寬 唐朝生 劉 博 張?zhí)焐?程 青 施 斌

(南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院， 南京 210023， 中國(guó))

0 引 言

近年來，微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積(Microbially Induced Carbonate Precipitation， MICP)技術(shù)作為一種新型的土體加固技術(shù)，由于其施工簡(jiǎn)單、生態(tài)效益良好等特點(diǎn)，受到業(yè)界的廣泛關(guān)注(Dejong et al.，2013)。目前，MICP的方式主要有尿素水解型、三價(jià)鐵還原型、硫酸鹽還原型和反硝化作用型等。其中，尿素水解型效率較高，對(duì)環(huán)境影響較小，反應(yīng)過程容易控制，故作為主流的碳酸鈣生物礦化技術(shù)被廣泛研究(程曉輝等， 2015； 錢春香等， 2015)。該技術(shù)的主要原理是利用一種自然土壤中富含的嗜堿性細(xì)菌——巴氏芽孢八疊球菌(SporosarcinaPasteurii)產(chǎn)生脲酶將尿素快速水解產(chǎn)生氨與二氧化碳(Benini et al.，1999)(式(1)， 式(2))，氨使得溶液pH上升(式(3))。在堿性環(huán)境下二氧化碳以碳酸根離子形態(tài)為主(式(4))。由于細(xì)菌表面有負(fù)電荷，會(huì)不斷吸附溶液中的鈣離子，使其聚集在表面(Jiang et al.，2017)。在堿性環(huán)境下鈣離子與碳酸根離子結(jié)合生成碳酸鈣晶體(Dejong et al.，2006)(式5)，從而達(dá)到對(duì)土顆粒進(jìn)行膠結(jié)的目的。

當(dāng)前MICP技術(shù)主要應(yīng)用于滲透性較好的砂、礫石等粗粒土進(jìn)行加固處理(Chu et al.，2013； 程曉輝等， 2013； 何稼等， 2016； 劉漢龍等， 2016； 劉璐等， 2016)。這主要是因?yàn)槲⑸锏募?xì)胞直徑在0.5～3.0iμm，不能在尺寸過小的孔隙內(nèi)遷移(Mitchell et al.，2005)。在細(xì)粒土方面，也有不少國(guó)內(nèi)外學(xué)者做過嘗試。如邵光輝等(2019)利用MICP技術(shù)對(duì)于粉土進(jìn)行了灌漿處理； Cardoso et al. (2018)利用該技術(shù)處理了砂與高嶺土混合物。而對(duì)于自然界常見的黏性土，關(guān)于MICP的改性研究較為少見。

事實(shí)上，黏性土是許多工程問題的主體，也是研究的難題。如我國(guó)是世界上水土流失最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，很多水土流失問題都與黏性土退化有關(guān)(雷廷武等， 2010)。……