随着国家“南海战略”的提出,越来越多的民用和国防建筑工程在南海诸岛屿建设和发展,而钙质砂作为南海区域地基基础材料,其运用越来越受关注。天然钙质砂主要成分为碳酸钙,且具有多孔、形状不规则、易破碎、强度低等物理力学性质,因此直接将钙质砂作为基础材料难以满足工程结构承载要求。此外,近海岛礁场地经常受到海浪荷载、风荷载以及地震荷载等复杂外力荷载作用易发生砂土液化现象,使得在南海钙质砂场地基础上修建工程设施变得复杂。由于近年来兴起的微生物改良砂土技术(MICP)研究的越来越多,因该技术操作简单、施工扰动小、造价低、以及环境友好等优点,使其在古建筑物修复、液化砂土地区加固等某些方面得到较好的运用。本文运用微生物诱导碳酸钙沉淀技术(MICP)来加固钙质砂,通过室内无侧限抗压强度试验和GDS共振柱试验,研究不同种类纤维及纤维掺量对固化钙质砂柱的物理力学特性的影响。主要研究内容和结论如下:(1)通过对纤维掺量为0.1%～0.4%按0.05%梯度增长的三种不同种类纤维固化试样进行物理力学特性试验,试验结果表明:随着纤维掺量增大,砂柱的碳酸钙含量、干密度和无侧限抗压强度均表现为“先增大后减小”,掺三种纤维(玻璃、聚酯、麻丝)砂柱各指标均在0.2%～0.25%之间达到最大值,且掺聚酯纤维砂柱的数值最大,掺玻璃纤维砂柱次之,掺麻丝纤维砂柱的最小。相反,砂柱吸水率随着纤维掺量的增大表现为“先降低后增大”,三种纤维在掺量0.2%～0.25%之间最小,其大小为掺麻丝纤维砂柱最大、掺玻璃纤维砂柱次之,掺聚酯纤维砂柱的最小。(2)进行4、6、8三种不同注浆轮数,研究注浆轮数对钙质砂柱的物理力学特性影响。试验结果表明:随着注浆轮数的增大,砂柱内碳酸钙含量和干密度逐渐增大,但增量的幅度却有所降低;砂柱抗压强度逐渐增大,且增量的幅度逐渐增大。对比三种不同纤维下,最适纤维掺量均在掺量0.2%～0.3%之间。掺纤维砂柱在外荷载作用下主要表现为“顶部斜裂破坏”和“劈裂破坏”两种形式,适量纤维的掺入不仅提高了砂柱的强度特性,还改善了其延性。此外,增加注浆轮数能有效的改善砂柱的物理力学特性。(3)基于室内GDS共振柱试验,研究纤维种类及掺量对MICP固化砂柱的动力特性。研究结果表明:不同种类纤维及掺量下砂柱的动剪切模量随着围压的增大而逐渐增大,其动剪切模量随着剪应变的增大而逐渐减小,且衰减越快。掺玻璃纤维砂柱的最大动模量最适掺量为0.3%左右,聚酯纤维最适掺量为0.3%～0.4%,而麻丝最适掺量为0.2%左右。(4)固化砂柱的阻尼比随着围压的增大而减小,随剪应变的增大而逐渐增大,且整体表现为纯钙质砂和掺麻丝纤维砂柱的阻尼比整体大于掺玻璃和聚酯纤维砂柱。掺纤维砂柱阻尼比的变化规律随剪应变增大大致可分为3个阶段,即缓慢增大、快速增大、稳定增大。在相同纤维和围压下,掺玻璃、聚酯纤维砂柱的阻尼比整体表现为随着纤维掺量的增大而减小,且在0.3%～0.4%范围最小,而掺麻丝纤维砂柱整体阻尼比较大,且在0.2%掺量下其值最小。不同种类纤维、掺量以及无纤维掺量下,砂柱的动剪切模量比也随着剪应变的增大逐渐衰减,且表现为“先慢后快”的衰减规律。