微生物矿化风沙土强度及孔隙特性的试验研究1)

李驰刘世慧周团结高瑜,姚德

∗(内蒙古工业大学土木工程学院,呼和浩特010051)

†(内蒙古工业大学化工学院,呼和浩特010051)

微生物矿化风沙土强度及孔隙特性的试验研究1)

李驰∗,2)李驰，教授,博士生导师，主要从事生物岩土工程等方面的教学和科研工作.E-mail：tjdxlch2003@126.com刘世慧∗周团结∗高瑜∗,†,3)高瑜，在读博士，主要从事生物岩土工程方面的科研工作.E-mail：254044092@qq.com姚德†

∗(内蒙古工业大学土木工程学院,呼和浩特010051)

†(内蒙古工业大学化工学院,呼和浩特010051)

风沙土广泛分布于沙漠地区，其颗粒细小均匀，粒间无粘聚力，易引起风蚀形成沙尘暴的尘源.自行设计实验室制备方法及工艺，通过微生物诱导碳酸钙矿化(microbial induced calcite precipitation,MICP)技术固化沙漠风沙土.分析MICP矿化砂土试样的强度特性，以及菌液浓度，岩土基质的孔隙率及颗粒级配对MICP矿化砂土强度的影响.试验结果表明，当砂土试样的矿化时间为7天，菌液浓度OD600值在0.5～0.8之间，经MICP矿化后的风沙土其无侧限抗压强度平均值为0.66MPa，内摩擦角平均值为36◦，对运用MICP技术矿化沙漠风沙土的可行性进行了试验验证.当岩土基质具有较大的孔隙率且级配良好时，MICP矿化过程更加充分，MICP矿化砂土试样呈现出更好的强度特性.进而，利用核磁共振技术分析MICP矿化前后砂土试样的孔隙特征，测试结果显示经MICP矿化作用后试样的孔隙发育良好，孔隙半径大多分布在30µm～50µm之间，半径为100µm的孔隙提供大部分孔隙体积，且矿化作用后较未矿化前砂土试样孔隙率减小约15%.

生物岩土工程,微生物诱导矿化作用,沙漠风沙土,强度特性,核磁共振

微生物诱导矿化(microbial induced calcite precipitation，MICP)是一种自然界广泛存在的生物矿化作用.利用微生物可以在多孔介质中生长、运移和繁殖等特性，借助周围的尿素等有机物以及钙离子源，在微生物自身新陈代谢或酶化的过程中诱导生成碳酸钙.微生物诱导的碳酸钙作为粘结剂，填充于岩土基质孔隙中来增强岩土基质的强度，并表现出与岩土基质良好的亲和性和环境友好等特征，具有广泛的工程应用前景[13].

MICP技术在诸多岩土工程问题处理上表现出强大的应用潜力，前期的研究及应用主要集中于生物封堵或防渗、生物除尘、生物胶结及裂缝修复、历史文物的修复等[47].近年来，微生物诱导碳酸钙沉淀的土体改性技术成为新的热点.荷兰TU Delft理工大学对微生物的地基处理技术进行了长期的实验研究，包括各种条件对微生物酶活性的影响，微生物在砂柱孔隙中生成碳酸钙的能力，利用该微生物将砂柱粘结所能获得的强度及其与碳酸钙产量间的关系等等.文献[8-14]对微生物加固岩土材料的工程特性进行了一系列实验研究，以及将该微生物诱导技术应用于液化砂土地基的加固的可行性.

风沙土是风成砂性母质上发育起来的土壤，颗粒细小、磨圆度较好、粒间无粘聚力，松散、易流动、易风蚀[15].传统的治理模式是植物防护，但沙漠气候条件使得绿色植被成活困难，且植被的介入打破了原有环境风场的自然平衡，引起环境风场风速的剧烈扰动，出现沙尘的再搬运与再堆积问题[16].此外，采用化学加固也是沙漠工程中常用的治理措施，但利用化学建材的灌浆来加固土壤，会带来严重的水土污染，还有可能释放有毒物质于空气中，其应用前景令人堪忧[17].因此，利用微生物诱导矿化技术，通过喷洒或灌注的方式依次在沙漠风沙土表面注入菌液、营养物质以及粘结液，形成原位的沙漠生物覆膜，在防止风沙土流动、风蚀的同时，成为沙地生态治理中“会呼吸的天然屏障”，将成为绿色沙漠治理的新技术革命.

但由于沙漠风沙土细小磨圆的颗粒特征，孔隙率较低，使得微生物诱导碳酸钙沉淀过程中微生物不能很好地渗透到空隙中，造成沉淀不均匀.如何确保微生物在颗粒间自由移动的能力，以及确保微生物胞体与单位体积内岩土颗粒的充分接触?现阶段对微生物诱导矿化风沙土的实验室制备工艺的研究显得尤为重要[18-19].

文中以沙漠生物覆膜为工程运用前景，利用微生物矿化技术固化结皮沙漠风沙土，自行设计微生物诱导矿化风沙土实验室制备方法，分析菌液浓度、岩土基质的孔隙特征及颗粒级配对微生物诱导矿化风沙土岩土力学性能的影响，对基于MICP技术矿化风沙土的可行性进行试验验证，为基于MICP技术的风沙土生物覆膜在沙漠治理中的研发运用提供试验预研和理论指导.

1 试验材料

1.1 岩土基质

为了不断调整和完善MICP矿化风沙土的实验室制备工艺，将标准砂以及由标准砂和风沙土按照一定比例掺配后的混合砂作为对比试验组，分析不同岩土基质的孔隙特征及颗粒级配对其强度特性的影响.

试验中共制备8种样品，见表1.其中，样品1为纯标准砂，样品8为纯风沙土，样品2～样品7是由标准砂和风沙土按照不同比例掺配而成的混合砂,总结分析8种试样样品的颗粒特征及级配，见图1.

表1 试验砂土样品的颗粒特征及级配

图1 颗粒级配曲线

(1)风沙土

取自内蒙古鄂尔多斯高原北部库布齐沙漠的边缘.风沙土是在风成沙性母质上发育起来的土壤，颗粒细小，粒间无粘聚力，粒径＜0.25mm的颗粒占总质量的91.7%.经土工试验测定，天然容重1.615g/cm3，土粒密度2.64g/cm3，为级配不良的细砂[20].

(2)标准砂

试验用标准石英砂(99.7%石英，厦门艾思欧标准砂有限公司，简称标准砂).该标准砂天然容重1.578g/cm3，土粒密度2.62g/cm3，级配均匀不良.

(3)混合砂

试验用混合砂是将标准砂和风沙土按一定的质量百分比掺配而成.试验中设定的百分比分别为0.9:0.1,0.75:0.25,0.6:0.4，0.45:0.55,0.3:0.7和 0.15:0.85.试验前将两种砂先用0.1mol/L的NaOH溶液浸泡12h，清洗，再用0.1mol/L的HCI溶液浸泡12h，清洗，最后用去离子水清洗至pH值为7后烘干待用.

1.2 微生物

1.2.1 菌种

试验用菌种为巴氏芽孢杆菌(sporosarcina pasteurii)，菌种培养基的成分参考推荐使用的ATCC 1376.将活化后的菌种扩大培养，菌体经4000r/min离心机，20min高速离心后，根据试验需要将灭菌的新鲜培养基稀释到所需OD600值，其中，OD600是指菌液在600nm波长处的吸光值，且吸光值正比于溶液中吸光物质的浓度，通过式(1)将OD600值换算为试验用菌液浓度.文献[21]中建议OD600选择0.3～1.5(即菌液细胞数浓度为107～108mL−1)，试验中，选择OD600值为0.3,0.4,0.5,0.6,0.7和0.8，分析菌液浓度变化对MICP诱导矿化作用的影响

式中,Z代表OD600值；Y是指换算的菌液细胞数浓度，mL−1.

1.2.2 粘结液

粘结液的主要作用是为MICP固化土壤提供尿素和钙源，除此以外，还要为细菌的生长繁殖提供营养物质，亦称之为营养液.粘结液中的化学物质主要有NH4Cl,NaHCO3,CaCl2·2H2O,Urea等，根据尿素水解的化学反应可知，MICP过程中Urea和Ca2+最佳摩尔比为1:1，故试验中粘结液Ca2+浓度选择为0.5mol/L，pH值为6.0.

2 试验方法

2.1 MICP矿化原理

将MICP矿化原理用于风沙土，即利用巴氏芽孢杆菌在新陈代谢过程中会产生一种脲酶，该酶可以将尿素分解释放出碳酸根离子，且溶液中含有一定浓度钙离子，钙离子会被带有负电的细菌细胞吸附，从而以细菌细胞为晶核，在细菌周围形成具有胶凝作用的碳酸钙结晶，菌体死亡并嵌入结晶体中，如式(2)和式(3)所示[4].

2.2 试验方法及装置

由于沙漠风沙土均匀细小、颗粒表面浑圆、孔隙率低，需要改进现有的实验室制备方法.已有的实验室制备方法采用自由渗透的方法，自行设计反应器并配合全接触柔性模具的使用，使营养液自由渗透到试样，代替传统的使用蠕动泵分次注入菌液、尿素和氯化钙等溶液的制样方法，由于不需要补充新的营养液和排出原有混合液，提高了菌液和营养液的利用率，使得尿素水解过程也更充分，并且操作简单，有利于MICP技术向实际工程中的推广应用[22-23].

自行设计反应器(图2(a))主要包括：一个装有样品的支架(图2(b))和粘结液的塑料箱，塑料箱的底部是一台磁力搅拌器，使反应器溶液的化学成分分布均匀，利用增氧器为反应器中的细菌生长繁殖提供氧气.反应器的显著特点是可以直接将样品浸入粘结液中，粘结液通过全接触柔性模具渗透到样品孔隙中.全接触柔性模具(图2(c))具有良好的自由渗透和内外不同的渗透能力，确保营养液充分供给细菌生长需要且菌液不会溢出.其中，所需菌液的量按照表1中8种岩土基质的孔隙体积的1.1倍足量提供，放入置有增氧器的试验中，将菌液和砂土分别分两次倒入全接触营养液中(试验中营养液为30L)进行充分固结反应7天[2223],样品取出后拆膜静置于空气7天后进行强度测试.

图2 自行设计反应器及装置细节

3 试验结果与分析

测定样品的无侧限抗压强度和三轴不固结不排水剪切强度，其样品采用自由渗透的方法配合全接触柔性模具的使用，相比之前的制样方法碳酸钙沉淀会更均匀，但样品的不均匀性仍然存在，至少进行三次平行试验确定样品强度的平均值.总结试验结果，分析不同OD600、不同岩土基质的孔隙率对试样强度特性的影响.进而，利用核磁共振技术对固化前后样品的孔隙分布、孔隙发育及孔隙率进行测试，揭示MICP矿化后样品强度得以提高的内在原因.

3.1 无侧限抗压强度

无侧限抗压强度试验采用应变控制方式按照每分钟1.5%的加载速率进行.试验中选取6个不同的OD600值0.3,0.4,0.5,0.6,0.7和0.8，其中，当OD600值为0.3时，由于菌液浓度过低，尿素水解诱导生成CaCO3的量有限，不足以在松散的砂土颗粒间形成有效联结，故无法成样.试验中发现，MICP矿化的试样具有明显的应变软化特征，加荷过程中随着应变的增加伴随有劈裂裂缝的出现，随着裂缝的发展应变急剧增大至破坏，其破坏形貌见图2(d).以样品3为例，当菌液的OD600值分别为0.4,0.5,0.6,0.7和0.8时，通过无侧限抗压强度试验得到的应力应变曲线见图3.将样品的峰值强度在不同OD600值时的试验结果列入表2中，表中数据显示菌液OD600值适宜的范围为0.5～0.8，这一结论与之前的研究中所建议的合理OD600范围0.3～0.8是吻合的[2,4,8].当菌液OD600值为0.5～0.8时，MICP矿化风沙土(样品8)的平均无侧限抗压强度为0.66MPa，在沙漠生物覆膜工程中应用是可行的；MICP矿化标准砂(样品1)的平均无侧限抗压强度为1.32MPa；MICP矿化混合砂，当岩土基质级配良好时如样品3，其平均无侧限抗压强度为2.54MPa，当岩土基质级配不良时如样品6，其平均无侧限抗压强度仅为1.18MPa.分析试验结果，可知按照文中试验方法制备的MICP矿化砂土样品均具有了较高的强度特性.我们发现当OD600为0.5时，即菌液细胞数浓度(3.3×107mL−1)时，在MICP矿化过程中细菌发挥了最佳的作用，MICP矿化试样的强度最高，之后随OD600值的继续增加，MICP矿化试样强度并无显著变化.菌液浓度的增加，产生更多的酶诱导碳酸钙的生成，同时为碳酸钙晶体的形成提供更多的晶核.但必须有足量的孔隙空间来安置这些附着碳酸钙晶体的晶核.因此，岩土基质的孔隙率是影响MICP矿化过程是否充分的重要因素.分析不同岩土基质孔隙率对其无侧限抗压强度的影响，见图4.

图3 无侧限抗压强度试验得到的应力应变曲线(样品3)

表2 无侧限抗压强度和三轴剪切强度的试验结果

图4 岩土基质孔隙率、菌液浓度及其无侧限抗压强度的关系

从图4可以看出，当岩土基质含有较大孔隙率时，MICP矿化过程反应充分，诱导生成的碳酸钙晶体附着在成核的细胞体外被填充于孔隙中，为松散的砂土颗粒间增加更强的联结.但过大的孔隙率也会因颗粒间联结不足而影响MICP矿化砂土强度的提高.当岩土基质级配良好时，MICP矿化试样具有更高的强度.以菌液OD600值为0.5～0.8时，级配良好的样品3比级配不良的样品1的平均无侧限抗压强度提高1.22 MPa，而二者岩土基质的孔隙率仅相差0.2%.因此，微生物与一定级配的岩土基质孔隙间的相容性是MICP矿化过程的重要影响因素.

3.2 剪切强度

通过美国GCTS(Geotechnical Consulting Testing System)公司的STX 100电液伺服控制双向动三轴试验系统进行试样的不固结不排水剪切试验，按照试样的轴向应变为15%确定为位移破坏标准.试验中，选取6个不同的OD600值0.3,0.4,0.5,0.6, 0.7和0.8，其中，当OD600值为0.3和0.4时，由于菌液浓度过低，诱导生成CaCO3的量有限，无法使松散的砂土成样.以样品3在OD600值为0.5时为例，三轴试验中获得的莫尔圆及其强度包线见图5.从图5中可知，MICP矿化作用诱导产生CaCO3填充于孔隙中，增加了松散砂土颗粒间的联结，砂土的抗剪强度得以提高，且内摩擦角的增加较粘聚力的增大更为显著.通过三轴试验获得的MICP矿化试样的内摩擦角列入表2.总结试样在不同的OD600值和不同的岩土基质孔隙率时，MICP矿化试样内摩擦角的变化见图6.

从表2和图6中可以看出，随着孔隙率的增大，MICP矿化试样的内摩擦角增大.同样，在OD600值为0.5时，MICP矿化试样的内摩擦角最大，在文中推荐的OD600值0.5～0.8范围内，MICP矿化风沙土的平均内摩擦角为36◦，对比素风沙土在最大干密度时的内摩擦角18.1◦[15]，MICP矿化过程大大增加了风沙土颗粒间的咬合联结作用.

图5 莫尔圆及其强度包线(样品3，OD600值为0.5)

图6 岩土基质孔隙率、菌液浓度及其内摩擦角的关系

当岩土基质级配良好时，MICP矿化试样颗粒间的咬合作用增强，颗粒间粘聚力有所增加，但以内摩擦角的增大更为显著.分析样品1和样品3，样品1级配不良，样品3级配良好，二者岩土基质孔隙率仅相差0.2%，但MICP矿化后样品的内摩擦角相差6.2◦.

3.3 NMR技术下样品的微观孔隙变化

核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)技术是磁矩阵不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程[2425].应用核磁共振的横向弛豫时间T2衰减原理测量MICP矿化样品，得到样品的孔隙度、孔径分布、束缚流体、自由流体和渗透率等参数.

实验所用仪器为型号MacroMR12-150H-1的纽迈分析仪器，包括真空饱和装置和核磁共振分析系统，且成像系统可表征试样内部孔隙的分布情况，共振频率为12.534MHz，磁体温度控制在32.00◦C±0.02◦C，探头线圈直径70mm，射频功率300W.试样尺寸为50mm×50mm，采取横切剖面分析，层厚3mm，示意见图7.实验前先将试样烘干后放入真空饱和装置抽真空饱水24h，饱和后取出试样测试饱水试样的横向弛豫时间T2谱分布，饱水样品的T2图谱呈多峰型，弛豫时间以长弛豫为主.主峰分布在1000ms左右，图谱形态偏右，流体弛豫时间长，弛豫速度慢，表明样品的孔隙发育较好.T2弛豫时间反映了样品内部氢质子所处的化学环境，与氢质子所受的束缚力及其自由度有关，而氢质子的束缚程度又与样品的内部结构有密不可分的关系.此外，横向弛豫时间T2谱分布与孔隙尺寸相关，在多孔介质中，孔径越大，存在于孔中的水弛豫时间越长；孔径越小，存在于孔中的水受到的束缚程度越大，弛豫时间越短，即峰的位置与孔径大小有关，峰的面积大小与对应孔径的多少有关，由T2谱分布测得的孔径分布如图8所示.从图8中可以看出，样品孔隙半径大多分布在30µm～50µm之间，以孔隙半径为100µm的大孔隙为主.

图7 横切面示意图

图8 样品孔径分布

图9为试样的核磁共振成像，图像采用512×512像素分辨率，对孔隙的识别分辨率为50µm.试验时试样采取水下包裹的方法，以保证孔隙充盈，存在更多的自由水，减小实验的误差.由图9可以看出，黑色部分为图像底色，图像中亮点区域为水分子所在区域，亮度越高，反应水分子分布的越密集，即直观反映出试样的孔隙分布情况，据此判断得出该试样属于多孔隙结构，孔隙均匀性较差.

图9 试样的核磁共振成像图

以样品3为例，MICP矿化前样品孔隙率是39.76%(见表1).NMR测试结果显示MICP矿化后试样体积89.94cm3，试样饱和水体积为30.26 ml，测得孔隙率为33.6%，较初始固化前的孔隙率减小约15%，证实经MICP矿化作用后诱导生成的碳酸钙晶体填充于砂土孔隙中，增加了颗粒间的联结，减小孔隙率，提高试样的无侧限抗压强度及剪切强度.

4 结论

(1)经MICP矿化后的砂土试样，其颗粒间的咬合联结作用增强，呈现出较好的强度特性.在矿化时间为7天，适宜的菌液值OD600为0.5～0.8时，MICP矿化风沙土的无侧限抗压强度平均值为0.66MPa，内摩擦角平均值36◦，其强度特性验证了MICP矿化风沙土在沙漠生物覆膜工程中应用的可行性.

(2)岩土基质的孔隙率和颗粒级配是影响MICP矿化作用的重要影响因素，当岩土基质采用较大孔隙率、级配良好的混合砂时，MICP矿化混合砂的无侧限抗压强度平均值为2.54MPa，内摩擦角平均值高达44◦，其强度特性堪比生物诱导下的中砂岩.

(3)利用核磁共振NMR技术分析MICP矿化作用前后砂土样品的孔隙变化，测试结果显示经MICP矿化作用后砂土样品的孔隙发育良好，自由流体面积较大，孔隙半径大多分布在30µm～50µm之间，半径为100µm的孔隙提供大部分孔隙体积；且矿化作用后较未矿化时同一砂土试样的孔隙率减小约15%.

1 Marie NL,Willem Z,Cissy L,et al.Environmental friendly technology for biological sand-consolidation of oil and gas well-bore//Proceedings of 1st International Conference BGCE.Netherlands:TU Delft,2008.82-89

2 Whiffin VS.Microbial CaCO3 precipitation for the production of Biocement.[PhD Thesis].Western Australia: Murdoch University,2004

3 Whiffin VS,Paassen LA,Harkes MP.Microbial carbonate precipitation as a soil improvement technique.Geomicrobiology,2007,24:417-423

4 De Muynck W,Belie ND,Verstraete W.Microbial carbonate precipitation in construction materials:a review.Ecological Engineering,2010,36(2):118-136

5 Stabnikov V,Chu J,Myo NA,et al.Immobilization of sand dust and associated pollutants using bioaggregation.Water Air Soil Pollut,2013,224:1631

6 Jonkers HM,Thijssen A,Muyzer G,et al.Application of bacteria as self-healing agent for the development of sustainable concrete.Ecological Engineering,2010,36(2): 230-235

7 Zuan Y,Xiaohui C,Meng L.Engineering properties of MICP-Bonded sandstones used for historical masonry building restoration,Geo-Frontiers,ASCE,Dallas,TX, 2011

8 DeJong JT,Mortensenb BM,Martinez BC,et al.Biomediated soil improvement.Ecological Engineering,2010, 36:197-210

9 DeJong JT,Soga K,Banwart SA,et al.Soil engineering in vivo:harnessing natural biogeochemical systems for sustainable,multi-functional engineering solutions.Journal of the Royal Society,Interface,2011,8:1-15

10 DeJong JT,Soga K,Kavazanjian E,et al.Biogeo-chemical processes and geotechnical applications:progress,opportunities and challenges.Geotechnique,2013,63:287-301

11 Chu J,Ivanov V,Stabnikov V,et al.Biocement:green building-and energy-saving material.Advanced Materials Research,2012,347-353:4051-405412 Chu J,Stabnikov V,Ivanov V.Microbially induced calcium carbonate precipitation on surface or in the bulk of soil.Geomicrobiology Journal,2012,29:544-549

13 Van Paassen LA,Daza CM,Staal M,et al.Potential soil reinforcement by biological denitri fi cation.Ecological Engineering,2010,36(2):168-175

14 Chiungwen C,Eric AM,Ahmet HA,et al.Biocalci fication of sand through ureolysis.Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,ASCE,2011,12: 1179-1189

15 Li C,Huang H,Li L,et al.Geotechnical hazards assessment on wind-eroded desert embankment in Inner Mongolia Autonomous Region,North China.Natural Hazards, 2015,76(1):235-257

16 Ci L,Yang X.Deserti fi cation and Its Control in China. Beijing:Springer/Higher Education Press,2010

17 Karol RH.Chemical Grouting and Soil Stabilization.New York:Marcel Dekker,2003

18 Burbank M,Weaver T,Lewis R,et al.Geotechnical tests of sands following bioinduced calcite precipitation catalyzed by indigenous bacteria.J Geotech Geoenviron Eng,2013, 139:928-936

19 Hechao C,Hongxian G,Meng L,et al.Experiment research from macro to micro microbial-induced clogging by adding potato soup in Beijing sand column,Geo-Frontiers,ASCE, Dallas,TX,2011

20中华人民共和国行业标准.土工试验规程(SL237-1999).中华人民共和国水利部,1999

21 Qabany AA,Soga K,Santamarina C.Factors a ff ecting efficiency of microbially induced calcite precipitation.J Geotech Geoenviron Eng,2012,138:992-1001

22 Zhao Q,Li L,Li C,et al.A full contact fl exible mold for preparing samples based on microbial induced calcite precipitation technology.Geotechnical Testing Journal,2014, 37(5):917-921

23 Zhao Q,Li L,Li C,et al.Factors e ff ecting improvement of engineering properties of micp-treated soil catalyzed by bacteria and urease.Journal of Materials in Civil Engineering,ASCE,2014,26(12):0001013

24蒋兰兰.多孔介质内多相流动的核磁共振成像实验研究.[硕士论文].大连：大连理工大学，2012

25孙昌军.火山岩石藏微观孔隙结构及核磁共振特征实验研究. [硕士论文].北京：中国科学院研究生院，2010

(责任编辑:周冬冬)

THE STRENGTH AND POROSITY PROPERTIES OF MICP-TREATED AEOLIAN SANDY SOIL1)

LI Chi∗,2)LIU Shihui∗ZHOU Tuanjie∗GAO Yu∗,†,3)YAO De†∗(Civil Engineering Institute,Inner Mongolia University of Technology,Hohhot 010051,China)
†(Chemical Engineering Institute,Inner Mongolia University of Technology,Hohhot 010051,China)

The aeolian sandy soil is widely distributed in the desert zone.It is vulnerable to the wind erosion and serves as the dust source of the sandstorm due to its fi ne particles and the non-cohesion property between particles.The microbial induced calcite precipitation(MICP)is one of the bio-geotechnical technology.This paper examines the MICP-treated aeolian sandy soil through a self-designed preparation method and process. The strength properties and their in fl uence factors,the concentration of the bacterium,the porosity and grain distributions,are discussed.Testing results indicate that the suitable curing time for obtaining enough strength with good efficiency is 7 d for the MICP-treated sandy soil samples in this study.It is found that the MICP-treated aeolian sandy soil can have an average uncon fi ned compress strength of 0.66MPa and an average inner friction angle of 36◦in this reasonable range of OD6000.5～0.8.The feasibility of the MICP-treated aeoliansandy soil is veri fi ed in the application of bio-crusts in desert engineering.The pore space and the porosity of the soil matrix play an important role in the MICP process.When the soil matrix with high porosity is well-graded,the MICP-treated sandy soil samples may have a high strength.Furthermore,the pore features are tested through the nuclear magnetic resonance(NMR)technology before and after the mineralization.The results indicate that the pores are well developed after the mineralization.The radius of most pores is in the range of 30µm to 50µm,and the pore with radius of 100µm o ff ers most of pore volume.The porosity is decreased by about 15%after the mineralization as compared with the unmineralized for the same sample.

bio-geotechnical engineering,microbial induced calcite precipitation,aeolian sandy soil,strength properties,NMR(nuclear magnetic resonance)

TU444

A

10.6052/1000-0879-16-286

2016–09–01收到第1稿，2016–09–29收到修改稿.

1)国家自然科学基金(51668050)、内蒙自然科学基金(2014MS0105)、内蒙自治区科技计划(20140155)和内蒙古工业大学科学研究项目(X201610)资助.

李驰,刘世慧,周团结等.微生物矿化风沙土强度及孔隙特性的试验研究.力学与实践,2017,39(2):165-171,184 Li Chi,Liu Shihui,Zhou Tuanjie,et al.The strength and porosity properties of micp-treated aeolian sandy soil.Mechanics in Engineering,2017,39(2):165-171,184