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微生物诱导碳酸钙沉淀加固富水砂层机理与方法
| 论文题名： | 微生物诱导碳酸钙沉淀加固富水砂层机理与方法 |
| 关键词： | 富水砂层;微观特征;矿化机理;冻融侵蚀;隧道开挖 |
| 摘要： | 隧道工程是交通强国、海洋强国、能源强国和岛礁国防工程等国家战略的重要支撑。隧道建设常常需要穿过第四系富水砂层，富水砂层（流沙层）砂颗粒之间无胶结能力、自稳能力差，在隧道开挖工程的扰动与地下水作用下，极易发生突水、溃砂、突泥甚至隧道塌方等灾害。针对富水砂层这一不良地质，传统的加固方法有冻结法、降水法、注浆法等，均无法满足高效、节能等要求。本研究创新性、系统性地开展微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术加固富水砂层研究。 首先，本研究于目标加固地区土壤中提取、分离、培养、纯化一种产脲酶细菌，并命名为自提取产脲酶细菌。针对自提取产脲酶细菌，设计正交试验探究该细菌的最适培养条件:尿素含量20g/L、pH自然、温度25℃、培养时间30h、氯化钠添加量0g/L。 进一步，利用扩大培养的自提取产脲酶细菌开展矿化机理探究，设计了浸泡反应试验，基于PHREEQC反应模型和水化学（尿素、钙离子）监测试验开展MICP过程反应动力学研究，结合一系列微观测试手段（SEM、XRD）对终态反应物（碳酸钙沉淀）进行分析，得到了尿素钙浓度及比例、pH值、营养物质、细菌浓度等生物化学因素对MICP过程（反应速率、沉淀形态）的影响机理。 最后，基于得到的最适MICP过程生化参数，自主设计MICP注浆加固砂柱试验装置，开展MICP加固富水砂层的室内模拟试验并对加固后的砂柱开展冻融侵蚀试验，验证MICP加固富水砂层的加固效果及抗冻融特性。 本研究基于自提取产脲酶细菌，针对富水砂层提出了不同于以往物理加固、化学注浆等方式的方法—微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）加固富水砂层，也可以称为MICP生物注浆加固。该方法在加固富水砂层方面相较于传统方法，具有扰动小、成本低、反应可控、低碳环保等显著优势，对解决富水砂层加固难题具有显著的指导和借鉴意义。 |
| 作者： | 范奉帅 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 刘人太;白继文 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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