MICP表面固化粉土冲刷试验研究开题报告

1. 研究目的与意义

我国幅员辽阔，粉土的分布也相对较广，特别是在长江黄河沿岸及冲击平原地带，80%以上都是粉土沉积。粉土作为一种具有特殊工程性质的土,它属于低塑性土,一般70%以上的粒组为粉粒和细砂粒,比表面积不大,但毛细现象突出。毛细压力使土粒联结在一起,呈现假塑性。由于其土质的特性，特别是颗粒组成、孔隙中薄膜水的作用与砂土的差异很明显，表现在影响粉土抗液化强度的各种因素以及影响程度方面都与砂土完全不同。尤其是我国东部长三角地区的发展更为迅猛，但长三角地区多为以粉土为主的冲积平原，要在该地区建设土木工程，必须解决粉土黏粒含量少、塑性指数低、抗冲刷能力差、难以压实等问题。

2. 国内外研究现状分析

微生物矿化过程可以生产一些结晶和非结晶的无机化合物，这些微生物过程被称为微生物矿化作用。生产的无机化合物在岩土材料中起到填充和胶结的效果，其功能类似于水泥，叫做生物水泥（biocement）。该生物水泥进入到土颗粒之间并将周围颗粒连接，形成一层层致密的保护层并形成一定厚度，改变了土的原始性状，增加了土体的强度。stocks fischer等学者发现巴氏芽孢杆菌（bacillus pasteurii）在砂土中可较快析出具有胶结作用的碳酸钙沉淀。李明东等发现，利用micp技术能够将砂土的无侧限抗压强度提高到20mpa以上，渗透系数降低到处理前的1%，剪切波速提高4倍，完全能够胜任岩土工程任务。dejong j t等于2010年利用微生物注浆技术是通过向原位砂土中，传输菌液（如产脲酶的微生物s.pasteurii）以及尿素和钙源等营养盐，从而使砂土孔隙中，尤其是砂土颗粒之间被 micp 胶凝填充和胶凝，从而加固软弱砂土地基并提高地基承载力。okwadha等发现不同微生物浓度、温度、钙离子浓度和环境ph值对尿酶活性具有一定影响，进而影响微生物沉积碳酸钙的晶体形态和数量。

许朝阳等通过试验发现，将微生物矿化菌和多糖粘胶菌代谢物掺入粉土中, 代谢物与粉土间发生了一系列物理、化学及生物反应, 通过吸附、包裹和胶结细小颗粒 ,填充土颗粒之间的孔隙 ,可改善粉土的工程性质。尤婷通过不同注浆装置对micp固化吹填粉土影响因素进行研究，并从力学性能、caco₃生成量及微观结构三方面探讨微生物注浆固化效果，表明微生物注浆可有效提高吹填粉土无侧限抗压强度。soon和lee等利用巨大芽孢杆菌通过注浆方式固化马来西亚当地残积土（砂质粉土），固化后粉土的无侧限抗压强度提高了一倍。薛双采用蠕动泵注浆的方式加固粉土时发现采用营养液对菌液进行稀释，有利于提高固化土体强度，改善土体caco₃分布均匀性，降低溢浆口附近土体崩解率，且当胶结液浓度在0.75mol/l时崩解率最小。soon等用巴氏芽孢杆菌通过注浆方式处理低渗透性的残积粉土，不同密度粉土处理后的强度提高了1.4～2.6倍。孔繁浩对微生物注浆加固粉土的工艺进行试验，结果表明当注浆间隔为2~12h时，随注浆间隔时间的增长，微生物加固后土样的无侧限抗压峰值强度也随之提高，且峰值强度提高较为明显。土样各部位caco₃生成量随注浆间隔时间增长而增多，上部最为明显，中部其次，而下部几乎无变化。

jian chu等试验发现在砂土表面进行micp，如果含钙盐溶液液面低于砂土表面则micp过程在大多发生在砂子内部，而当含钙盐溶液液面高于砂土表面时可在砂土表面形成一层硬壳。李泽在粉土表面铺砂，通过一系列影响因素试验（胶结液浓度、喷洒遍数、防护层厚度）分析微生物砂浆防护层的强度、碳酸钙生成量及水稳定性。从经济环保角度考虑，当喷洒4遍，胶结液浓度为0.5moll^-1，防护层厚度为5mm时，微生物砂浆防护层具有较高的强度和较好的水稳定性。荣辉通过室内试验对微生物喷洒表面胶结砂的硬度、抗水流冲刷性与植物生长适应性开展了初步研究，结果表明在微生物表面固化的砂土中，黑麦草依然能够出苗生长，微生物固砂层具备相应的抗冲刷性和生态相容性。dworatzek等采用micp技术对现场松散尾矿砂进行表面胶结固化，最终形成了 2.5cm 厚的坚硬胶结层，显著提高了松散矿砂的抗侵蚀能力。

3. 研究的基本内容与计划

论文内容应包括： 1.绪论微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）固化土体国内外的发展和研究现状，存在的问题（重点写固化土胶结程度对土体强度、崩解性的影响问题，粉土表面冲刷与防护问题）。本文所作的主要工作。 2. 微生物固化土体的原理与方法 根据参考文献，总结现有微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）固化土体方法与反应机理。 3. 微生物表面固化粉土试验粉土坡面的防护方法总结。微生物表面固化粉土的试验材料、方法。 4. 微生物表面固化粉土降雨冲刷试验 通过降雨冲刷试验，分析微生物表面固化粉土对降雨冲刷侵蚀的防护效果。 5. 结论与展望

时间安排： 1～4周：查阅资料，撰写综述，论文开题 5～6周：拟订试验方案，准备试验仪器、装置 7～14周：开展试验，整理试验数据 15～16周：完成论文，检查修改所有相关材料、准备毕业答辩

4. 研究创新点

喷洒将微生物应用于粉土边坡防护，替代传统的工程或植被防护措施，解决粉土边坡的易冲刷、易扬尘等问题，能够实现显著的经济效益和生态效益。针对微生物防护粉土边坡中存在的重要科学问题开展研究，无论基于岩土工程和微生物工程交叉学科创新发展需求，还是基于水土保持、环境保护、节能减排的可持续发展国家战略背景，都具有研究重要意义。