微生物固化前后生活废水污染砂土的力学特性研究综述

胡光华 刘浩 王刚 王嘉怡

摘 要 利用实验室内特殊情况下培养的微生物可以固化砂土的特性，将该种微生物用来改善被生活废水污染的砂土的微观结构特征，经力学实验表明，微生物固化后的砂土耐久性得以增强，并且加固后的土体与原砂土相比具有较小的孔隙率，因此具有良好的工程应用。本项目拟将设计多组平行实验对微生物固化前后砂土的压缩系数、无侧限抗压强度、抗剪强度等力学特性的变化进行分析与比较。

关键词 微生物固化 平行实验 力学特性

一、引言

化学灌浆材料作为一种常见的加固砂土材料，由于其在使用过程中，会产生易于挥发的有害物质，对工作人员以及周边环境产生一定的危害，该缺点在很大程度上抑制了其在工程上的广泛应用。为了克服化学灌浆材料的上述缺陷，微生物固化技术作为一种环境友好型技术以其不会产生易挥发的有害气体而被广泛研究。微生物固化技术主要利用微生物的代谢产物与被污染的砂土里的钙离子进行反应，生成碳酸钙沉淀，从而有效的降低砂土内孔隙率，从而达到加固砂土的目的，使得被加固的砂土具有良好的耐久性和力学特性。于此同时，由于微生物固化过程中以菌液的形式渗透到被污染的砂土内，无需较大的压力即可在一定范围内大规模的加固砂土，因此不会对土层有大规模的擾动。

本文基于对微生物矿化注浆技术有较深入的了解，研究团队在微生物驯化、筛选等方面有一定的研究基础，建立了基于微生物优势培养和筛选理论的脲酶微生物实验室和原位培养工艺。因此本文的研究将依照设计多组平行实验，对微生物固化前后的砂土的力学特性进行比较的思路，对微生物固化砂土的可能性进行实验基础介绍。

二、项目研究目标及主要内容

在本科土力学的学习过程中，砂土的力学特性主要包括压缩系数、无侧限抗压强度、抗剪强度等参数指标，为了验证微生物固化后砂土的力学特性，本项目将通过四个平行实验对微生物固化前后砂土的力学特性的变化进行分析并比较。

首先，开展被污染的砂土固化前后的一维压缩性试验，利用实验室内相关的仪器得出微生物固化前后被污染砂土压缩系数的变化；其次，开展被污染的砂土固化前后的无侧限抗压强度试验，利用实验室内相关的仪器得出微生物固化前后污染砂土无侧限抗压强度的变化；然后，开展被污染的砂土固化前后的直剪试验，主要是固结快剪试验，利用实验室内相关的仪器得出微生物固化前后污染砂土抗剪强度的变化；最后，平行制备微生物固化后的砂土试样，放入养护箱内，养护30d，60d，研究微生物固化后养护时间对力学特性的影响。

三、项目研究技术路线

（一）微生物固化前后污染砂土的压缩特性研究

制备微生物固化前后生活废水污染砂土的压缩试样，开展一维压缩试验（平行制备两个试样），加载等级12.5kPa、25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、800kPa。

（二）微生物固化前后污染砂土的无侧限抗压强度试验研究

制备微生物固化前后生活废水污染砂土的无侧限抗压试样，平行制备三个土样，前后分别各进行三次试验。

（三）微生物固化前后污染砂土的直剪试验研究（平行制备两组试样，每组三个）

制备微生物固化前后生活废水污染砂土的直剪试样，进行固结快剪试验，固结压力取100 kPa、200 kPa、400 kPa，平行制备三个土样，前后分别各进行两次试验。

（四）研究微生物固化后养护时间对力学特性的影响

平行制备微生物固化后的试样，放入养护箱内，养护30d，60d。2个试样进行两次压缩试验；3个试样进行三次无侧限抗压强度试验；6个试样进行两次固结快剪试验（固结压力取100kPa、200kPa、400kPa）。

四、总结

自改革开放已来，由于能源的急剧消耗，绿色建筑的概念不断被建筑工程的学者提出并深化，目前绿色建筑已深入土木工程的方方面面，微生物固化技术，作为一种环境友好型技术，符合国家对于工程绿色建筑的要求，是建筑行业在可持续发展的战略上不可忽视的一步。据已有研究表明，经过微生物固化后的砂土在力学特性上，尤其是强度方面，甚至比普通的水泥混凝土更强一些。并且，由于微生物固化技术的可调节性，以及其在应用上的大范围，更深层次，使得微生物固化技术引发了很多学者的探究，目前已有将其应用于工程的实际案例，并且已经取得了较好的效果。本项目拟将通过多组平行实验，分析了被污染的砂土在微生物固化前后力学性能的实验方案，详细的论证了微生物固化砂土技术的可行性，为后续实验的开展进行了铺垫。

参考文献：

[1]清华大学.混凝土结构设计原理：上册[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2]张卫国，程京忍，张耀峰.现浇混凝土结构裂缝的成因与防治[J].施工技术，2009，38（增刊）：142- 144.