微生物诱导碳酸钙沉淀是一种新兴的土壤改良技术,该技术利用微生物的代谢过程生成的碳酸钙沉淀,将土壤颗粒结合在一起,提高了土壤的强度和刚度。由于其相比现有的土壤改良手段具有环保、可持续等优点,正在受到越来越多地关注,具有良好的应用潜力。本文通过对微生物改良砂进行不同次数的冻融循环,再进行三轴压缩试验,通过比较冻融前后的改良砂的力学特性变化,探究微生物改良砂的抗冻性能。结合提出的考虑损伤的弹塑性本构模型对微生物改良砂的三轴试验数据进行了预测,分析冻融循环作用对改良砂黏聚强度、损伤变量、结构性和超固结比等力学特性的影响。本文主要研究工作和成果为以下几个方面:(1)运用微生物诱导碳酸钙沉淀的方法对标准砂进行加固,制备改良砂砂样。对制备完成的改良砂砂样进行不同次数的冻融循环处理,并进行扫描电镜检测观察微观结构的改变。并对经过不同次数的冻融处理的改良砂砂样进行不同围压下的排水三轴压缩试验。试验结果表明冻融循环作用对改良砂的峰值强度的影响较小,说明改良砂具有良好的抗冻性。(2)根据微生物改良砂的力学特性,在可以较好描述超固结土及结构性土的上下加载面模型的基础上,引入损伤变量及其演化规律建立了改良砂的弹塑性损伤本构模型,并分析了损伤变量及其演化参数变化的影响。通过对建立的本构模型在一维压缩的应力条件下进行数值计算,得到了土体取不同的初始参数时的压缩曲线。通过选取不同的超固结参数、结构性参数、黏聚强度和损伤变量等参数计算土体的压缩曲线。结果表明模型可以较好地模拟具有结构性的土体的压缩曲线,并能合理描述损伤对土体压缩性的影响。(3)运用建立的弹塑性损伤本构模型对经过冻融改良砂的三轴试验结果进行预测,数值模拟的结果和试验结果符合地较好。结果表明新建立的模型能够合理地描述冻融循环对改良砂力学性质的影响。在冻融循环过程中,随冻融次数的增加,改良砂中胶结结构被逐渐破坏,宏观上表现为黏聚强度的降低和损伤变量的增加。