砂质岸坡土体MICP加固试验研究

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岸坡是海岸带重要的地貌单元,是受海洋作用强烈的地方,砂质岸坡对外界作用尤为敏感,在海洋动力与不合理人类活动作用下侵蚀严重,引起海岸带退化,造成巨大经济损失与社会影响,因此针对砂质岸坡土体的加固尤为重要。但由于建造成本与环保要求,传统的岸坡侵蚀防护技术应用受限。微生物诱导碳酸钙沉积(microbial induced calcium carbonate precipitation,MICP)技术以其反应过程无污染、成本低的特点,已经被广泛应用于岩土工程与环境工程中。本文利用MICP加固岸坡砂土,达到砂质岸坡侵蚀防护的目的。本文在大断面风浪流水槽中开展了MICP加固砂质斜坡抗波浪侵蚀试验,探究了不同MICP加固次数及不同波高下MICP对斜坡侵蚀防护的效果。在海水、淡水环境下开展了MICP加固砂柱试验,探究了MICP在海水环境中加固砂体的适用性,厘清了海水与淡水环境下MICP加固砂柱效果不同的机理,并对两种环境下MICP加固的砂柱耐干湿循环性能进行对比。结合海岸带砂质岸坡环境,进行了MICP加固砂柱环境侵蚀试验,探究MICP加固砂体的服役耐久性。本文研究结果如下:(1)MICP加固后的砂质斜坡具有较强的抗波浪侵蚀性能。MICP加固4次后,波浪冲蚀作用下加固区域地形基本未改变,其表层超孔隙水压力梯度增加,表层承担了更大的渗透力;斜坡表面碳酸钙含量最高可达7%,碳酸钙含量随深度降低。MICP加固2次对斜坡表面强度提升不大,经过MICP加固4次后斜坡表面强度明显提高,贯入阻力最高可达2 MPa。(2)海水环境下MICP加固砂柱效果优于淡水环境,相应的砂柱耐干湿循环性能更强。海水、淡水环境下MICP加固的砂柱无侧限抗压强度最高可达4.96MPa、3.06 MPa,21次干湿循环后强度降至初始的30%、7.53%,质量损失率分别为1.62%、4.56%。海水环境中MICP生成了更多的文石,海水中镁离子可以提供额外的碳酸盐沉淀,提升加固效果,海水的弱碱性环境更有利于巴氏芽孢杆菌新陈代谢,提高MICP过程的效率。(3)MICP加固两次后,砂柱表层形成了碳酸钙硬壳层,硬壳层上分部着松散易脱落的弱胶结碳酸钙结晶。MICP加固的砂柱耐高低温交变能力与耐干湿循环、盐雾、高低温交变-干湿循环混合侵蚀、实海潮差区侵蚀的能力相比较强。砂柱中弱胶结碳酸钙结晶在侵蚀前期大量脱落,弱胶结碳酸钙结晶对砂柱强度贡献较小,因此侵蚀前期砂柱质量损失增长较快,但强度下降不明显。试验后期主要侵蚀强胶结碳酸钙结晶,强胶结碳酸钙结晶耐侵蚀能力强,所以砂体质量损失增加相对较慢。随着环境侵蚀时长的增加,砂颗粒表面碳酸钙结晶变少,粒间有效连接减弱,导致砂体质量损失与强度降低。
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