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MICP技术加固后的岩土体有什么变化?
发布时间:2025-10-09 09:53:39| 浏览次数:

MICP技术加固后的岩土体在‌物理结构、力学性能、耐久性‌等方面会发生显著变化,具体表现如下:

一、物理结构变化

  1. 孔隙填充与致密化

    • 碳酸钙沉淀‌:菌体代谢生成的CaCO₃晶体填充岩土体孔隙,减少孔隙率。例如,砂土加固后孔隙率可降低30%-50%,颗粒间接触更紧密。

    • 微观结构‌:扫描电镜(SEM)观察显示,CaCO₃晶体呈方解石型,与岩土体颗粒黏结良好,形成连续胶结层。

  2. 渗透性降低

    • 抗渗性提升‌:孔隙被CaCO₃填充后,岩土体渗透系数显著下降。例如,砂土渗透系数可降低2-3个数量级,从10⁻³ cm/s降至10⁻⁵ cm/s以下。

    • 防渗效果‌:在边坡防护中,MICP处理后的砂土边坡渗流侵蚀速率降低50%-70%,有效阻止降雨入渗。

二、力学性能增强

  1. 抗压强度提高

    • 砂土固化‌:无侧限抗压强度(UCS)显著提升。例如,超声波强化后的砂土UCS可提高91.6%,从约5MPa增至9.5MPa。

    • 钙质砂加固‌:MICP处理后,钙质砂的压缩变形显著降低,内部孔隙水压力更稳定,抗液化能力增强。

  2. 抗剪强度提升

    • 边坡稳定性‌:抗剪强度提高30%,休止角从33°提升至45°,边坡稳定性显著增强。

    • 裂隙修复‌:岩石裂隙经MICP修复后,桥接率提升2.8倍,力学胶结性能提升7.4倍。

  3. 抗风蚀性改善

    • 防风固沙‌:风洞试验中,经MICP处理的砂土质量损失仅为对照样的0.16%,贯入强度达56kPa,有效抵抗风沙侵蚀。

三、耐久性提升

  1. 抗侵蚀性增强

    • 渗流侵蚀‌:MICP处理后的砂土边坡在渗流侵蚀过程中体积收缩明显减小,累积侵蚀量降低。

    • 化学侵蚀‌:CaCO₃胶结层可抵抗酸性或碱性环境侵蚀,延长岩土体使用寿命。

  2. 抗冻融性改善

    • 冻融循环‌:MICP加固后的岩土体在冻融循环中损伤减小,质量损失率降低。例如,砂土经5次冻融循环后,质量损失率从15%降至5%以下。

  3. 抗老化性能

    • 长期稳定性‌:CaCO₃晶体化学性质稳定,不易分解,确保加固效果长期有效。

四、典型应用场景中的变化

  1. 地基加固

    • 液化防治‌:饱和砂土地基经MICP处理后,抗液化能力显著提升,承载力提高20%-30%。

    • 沉降控制‌:地基沉降量减少,工后沉降趋于稳定。

  2. 边坡防护

    • 稳定性提高‌:边坡滑移面抗剪强度增加,滑坡风险降低。

    • 生态兼容‌:MICP加固不影响植被生长,实现生态与工程双重效益。

  3. 防风固沙

    • 沙丘固定‌:松散沙丘迎风面形成坚硬砂壳防风层,封闭内部沙砾,起动风速提高。

    • 空气质量改善‌:风蚀量减少80%-90%,降低空气中的悬浮颗粒物浓度。

五、变化机制与优势

  1. 生物诱导矿化

    • 绿色环保‌:利用微生物代谢反应生成CaCO₃,无需高温高压或化学添加剂,减少环境污染。

    • 自适应修复‌:菌体可在岩土体内部持续生成胶结物质,实现裂缝或孔隙的自修复。

  2. 成本效益

    • 经济性‌:采用低成本培养基(如乳制品废弃物)和高效钙源(如氯化钙),降低加固成本。

    • 施工便捷‌:注浆工艺简单,适用于复杂地质条件。

MICP技术通过生物诱导矿化反应,使岩土体在物理结构、力学性能和耐久性方面发生显著改善,为岩土工程加固提供了一种高效、环保、经济的解决方案。



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