不同固定化方法对微生物改良贵阳红黏土强度试验研究

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红黏土作为一种区域性特殊土,在贵州省的分布十分广泛,其覆盖面积占了全省总面积的70%以上,而红黏土的不良工程特性使其在实际工程建设中难以被直接利用,只有得到加固改良之后才能得以使用。传统红黏土改良方式主要有石灰稳定处理、粉煤灰稳定处理、掺二灰处理、水泥稳定处理等,这些传统的红黏土改良方式,改良材料大多数均为有毒材料,在其生产制作过程中会产生大量的温室气体或有害气体,也会对土壤环境和地下水资源造成污染,对生存环境会造成很大危害。而微生物诱导碳酸钙沉淀技术(MICP技术)是一种绿色环保的土壤改良技术,在膨胀土、砂土方面应用较多,为了扩大该技术的应用范围,本文以贵阳红黏土为研究对象,探究MICP技术对贵阳红黏土的加固改良效果,并基于红黏土的性质创新性地将固定化微生物技术与MICP技术相结合进行研究,通过比较重塑红黏土、微生物红黏土以及载体微生物红黏土的力学强度和碳酸钙生成量,探讨该方法的改良效果。主要研究内容如下:(1)巴士芽孢杆菌的培养和菌液浓度、脲酶活性研究。整理得到巴士芽孢杆菌活化、保存和扩大培养的一系列操作流程,在30℃、160r/min的恒温震荡箱里震荡培养40-48h,控制每次试验所用菌液的浓度和脲酶活性,通过测得菌液吸光度(OD600)约为1.6,电导率值约为2.50ms/cm方可用于制备微生物红黏土土样,然后在30℃恒温箱里养护6d后方可进行CU试验。(2)载体掺量试验研究。针对不同固定化方法,分别选取活性炭和海藻酸钠作为固定化载体,设置4%、7%、10%、15%掺量,探究不同载体不同掺量对重塑红黏土力学强度的影响。活性炭和海藻酸钠均会影响红黏土的力学强度,内摩擦角随着活性炭的增加而减小,粘聚力反之;海藻酸钠会提高红黏土的粘聚力,内摩擦角随着海藻酸钠产量的增加而减小。(3)固定化微生物对红黏土的固化效果研究。对微生物红黏土进行三轴CU剪切试验,发现改良效果不甚理想,故引进固定化微生物技术与MICP技术相结合的方式即向微生物红黏土中添加固定化载体,然后对载体微生物红黏土进行强度试验,发现活性炭对MICP技术改良红黏土有增效作用,而海藻酸钠对微生物红黏土具有负面影响,具有减效作用,活性碳与海藻酸钠组成复合载体并且当活性炭的掺量大于海藻酸钠时,耦合增效作用十分显著。(4)胶结液提前拌合时间对微生物固化效果的研究。胶结液先于菌液与红黏土提前拌合不同时间会对微生物红黏土的力学强度产生不同程度的影响。当胶结液先于菌液与红黏土提前拌合2h能提高微生物红黏土的力学强度。(5)细菌和人工提取脲酶固化红黏土的研究。使用人工提取脲酶固化红黏土的力学强度略高于微生物固化后的力学强度。使用人工提取脲酶可以简化微生物培养环节,且在红黏土更容易渗透,但产量低,成本高,工艺复杂,相比细菌固化土壤的经济性差,不如细菌适宜实际工程应用,而且结合固定化微生物技术能显著提高微生物固化红黏土的力学强度,反应过程中微生物仍然进行新陈代谢产生新的脲酶,碳酸钙沉淀能持续生成。(6)碳酸钙含量测定及其与抗剪强度指标的碳关系研究。活性炭作为载体固定化微生物红黏土,能增加碳酸钙的沉淀量,提高红黏土的粘聚力,但是内摩擦角却无提高;海藻酸钠固定化微生物红黏土时,碳酸钙的沉淀量降低甚至不能生成沉淀,土体的粘聚力有所增大,内摩擦角却减小;使用复合载体固定化时,随着活性炭掺量的增加,土体中的碳酸钙沉淀量明显增加,粘聚力和内摩擦角也随之增大,且内摩擦角和粘聚力的大小与碳酸钙生成量成正比。
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