【摘 要】
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随着微生物诱导碳酸盐沉淀技术（microbial induced carbonate precipitation,MICP）的兴起,在实际生活中为我们提供了一种新型的地基加固处理方式,相对于传统的地基加固处理方式而言,它具有节能环保、高效及可持续发展的特点。在自然环境中,微生物常发现在土壤和海洋环境中,生物矿化现象普遍存在于化石、贝壳和石灰石中,这些矿物材料凭借着自身优良的特性被应用于不同工程领域
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随着微生物诱导碳酸盐沉淀技术（microbial induced carbonate precipitation,MICP）的兴起,在实际生活中为我们提供了一种新型的地基加固处理方式,相对于传统的地基加固处理方式而言,它具有节能环保、高效及可持续发展的特点。在自然环境中,微生物常发现在土壤和海洋环境中,生物矿化现象普遍存在于化石、贝壳和石灰石中,这些矿物材料凭借着自身优良的特性被应用于不同工程领域,也作为副产物可以改变土壤的一些工程性质,MICP技术在文物裂缝修复、重金属治理和砂土抗液化等方面亦具有广阔的应用前景。营养液中金属离子的不同会导致矿物成分的差异,从而改变矿物物质的结晶形态以及结合方式,进而影响固化砂土在强度和变形方面的差异。本文在以往MICP技术加固处理过程中常用营养液（氯化钙—尿素）的基础上,掺入了氯化镁,保持尿素浓度不变,以金属离子总浓度为0.5mol/L为基准,设置了七种不同镁钙离子浓度,Mg2+/Ca2+分别为0.0/0.5、0.1/0.4、0.2/0.3、0.25/0.25、0.3/0.2、0.4/0.1和0.5/0.0。研究了不同镁钙离子浓度对MICP固化砂物理力学和变形特性及微结构的影响,本文的主要研究成果如下:（1）通过物理试验和无侧限抗压强度试验,研究了不同镁钙离子浓度对MICP固化砂物理力学特性的影响,试验结果表明:固化砂的干密度和碳酸盐含量均随着镁离子浓度的增大而降低;掺入镁离子能够使得固化砂的吸水性能降低;当镁离子浓度较低时,镁钙离子具有协同作用,对固化砂的无侧限抗压强度有提高的作用,当Mg2+/Ca2+=0.1/0.4时,抗压强度最高;MICP固化砂可能存在45°斜截面破坏、局部破坏和整体贯穿破坏共三种破坏形态;固化砂的物理力学特性指标之间也存在一定的相关关系,如干密度随着碳酸盐含量的增加呈现出线性增长趋势,无侧限抗压强度和割线模量呈现一种近似线性相关关系等。（2）通过室内动三轴试验,研究了不同镁钙离子浓度和动剪应力比对MICP固化砂动力特性的影响,试验结果表明:试验试样的动孔压—振动次数曲线发展呈长条形,动孔压后期可能会出现维持稳定、低点再上升、凹槽等现象;试验试样的动应变—振动次数曲线发展多数呈喇叭形,在一定镁钙离子浓度条件下,试样抵抗变形的能力有所提高;镁钙离子浓度固化砂的有效应力路径向左发展,荷载施加后期,平均有效应力不能完全为零;MICP固化砂偏应力—动应变曲线可能出现偏应力衰减现象;动强度曲线也反映了MICP固化砂抗液化的能力有所提高,当镁钙离子浓度为0.2/0.3时,曲线位于最上方,试样抗液化能力最有利。（3）通过单向压缩试验,研究了不同镁钙离子浓度和荷载大小对MICP固化砂压缩特性的影响,试验结果表明:MICP固化样在每级荷载作用下的变形发展随着镁钙离子浓度呈现非线性变化,在同一荷载作用下,低浓度的镁离子能有效体现出降低试样变形量的作用;压缩曲线反映了孔隙比随着荷载对数的增加呈现出线性降低的趋势,两者能较好地满足对数关系;同时,试样的压缩指数呈现出先降后升再降的趋势,呈较明显的“W”型等。（4）通过微结构试验,研究了不同镁钙离子浓度对MICP固化砂微结构的影响,试验结果表明:SEM电镜测试发现,晶体发展过程的规律可表现为菱面体形→苦瓜形（含少量块状）→纤维形→网状→花菜形;EDS测试发现,较低的镁离子浓度能够促进钙离子含量的提高,较高的镁离子浓度降低了钙离子含量;XRD测试发现,晶体发展经历了由方解石和球霰石→方解石、球霰石和镁方解石→方解石和镁方解石→镁方解石→菱镁矿的一个转变过程。
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