MICP固化花岗岩残积土的崩解特性

doi:10.11988/ckyyb.20231104

新澳门游戏网站入口院报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (2): 138-144.DOI: 10.11988/ckyyb.20231104

MICP固化花岗岩残积土的崩解特性

陈欣¹(), 安然¹^,²(), 张先伟², 陈昶¹, 袁童¹

¹ 武汉科技大学城市建设学院, 武汉 430081
² 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室, 武汉 430071

收稿日期:2023-10-12 修回日期:2023-11-27 出版日期:2025-02-01 发布日期:2025-02-01
通信作者:
安然(1992- ),男,安徽池州人,讲师,博士,从事特殊土宏-细观试验、本构模型和数值分析研究。E-mail: anran@wust.edu.cn
作者简介:
陈欣(1999- ),男,安徽池州人,硕士研究生,从事特殊土改性研究。E-mail: 2218074222@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(12102312); 岩土力学与工程国家重点实验室开放基金项目(SKLGME021018)

Disintegration Characteristics of MICP-treated Granite Residual Soils

CHEN Xin¹(), AN Ran¹^,²(), ZHANG Xian-wei², CHEN Chang¹, YUAN Tong¹

¹ Institute of Urban Construction, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081,China
² State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics,Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China

Received:2023-10-12 Revised:2023-11-27 Published:2025-02-01 Online:2025-02-01

摘要/Abstract

摘要：

花岗岩残积土具有强吸水性、遇水易崩解特性,为工程建设带来潜在的安全隐患。微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术作为一种新型加固方法可显著改良土体崩解性能。为了探究MICP固化花岗岩残积土的崩解特性,对素土样和不同胶结液浓度的MICP固化土样进行崩解试验,并基于X射线衍射图谱和扫描电镜图像分析MICP固化机理。研究表明:素土样崩解过程分为表面吸水剥落、土体软化、完全解体3个阶段,固化土样可分为强行水侵、裂隙发育、剧烈侵蚀和崩解稳定4个阶段;在MICP作用下,残积土崩解曲线由完全崩解特征转变为不完全崩解;随着碳酸钙含量增加,土体抗崩解能力得到明显增强;碳酸钙晶体主要分布在土颗粒表面、孔隙以及接触点上,在土体内分别发挥着包裹、填充和胶结作用,是改良残积土崩解特性的重要原因。研究成果可为土体崩解性能的改良研究提供参考。

关键词: 花岗岩残积土, MICP, 崩解性能, 矿物分析, 微观结构

Abstract:

Granite residual soil is highly absorbent and prone to disintegration in the presence of water, which poses potential safety hazards for engineering construction. Microbial-induced calcium carbonate precipitation (MICP), as a new reinforcement method, can significantly improve the disintegration properties of soils. Disintegration tests were conducted on natural and MICP-treated soil samples with different cementation concentrations, and the disintegration mechanism was analyzed based on X-ray diffraction spectra and scanning electron microscope (SEM) images. Results reveal that the disintegration processes of the natural soil samples can be divided into three stages: surface water absorption and spalling stage, soil softening stage stage, and complete disintegration stage. In contrast, the MICP-treated samples exhibit four stages: forced water intrusion stage, fissure development stage, intense erosion stage, and stable disintegration stage. Under MICP treatment, the disintegration curve of the residual soil transitions from complete disintegration to incomplete disintegration characteristics. With the increase of calcium carbonate content, the disintegration resistance can be obviously enhanced. Calcium carbonate crystals are mainly distributed on sample surfaces, within pores and at contact points, playing crucial roles in encapsulating, filling, and cementing soil particles, which are the main reasons for improving the disintegration characteristics of residual soils. These findings provide valuable references for enhancing the disintegration properties of residual soils in engineering applications.

Key words: granite residual soil, MICP, disintegration properties, mineral analysis, microstructure

中图分类号:

TU431土和地基的应力

陈欣, 安然, 张先伟, 陈昶, 袁童. MICP固化花岗岩残积土的崩解特性[J]. 新澳门游戏网站入口院报, 2025, 42(2): 138-144.

CHEN Xin, AN Ran, ZHANG Xian-wei, CHEN Chang, YUAN Tong. Disintegration Characteristics of MICP-treated Granite Residual Soils[J]. Journal of Changjiang River Scientific Research Institute, 2025, 42(2): 138-144.

图/表 10

表1 土体基本物理参数及矿物成分

Table 1 Basic physical parameters and mineral compositions of soil

含水率/ %	干密度/ (g·cm^-3)	相对密度	孔隙比	液限/ %	塑限/ %	塑性指数
35.2	1.43	2.66	1.03	50.1	25.2	24.9

图1 花岗岩残积土粒径分布曲线

Fig.1 Particle size distribution curve of granite residual soil

图2 崩解装置

Fig.2 Disintegration device

图3 不同胶结液浓度下碳酸钙含量

Fig.3 Calcium carbonate content under varying cementation concentration

图4 土体崩解典型形貌

Fig.4 Typical morphology of soil disintegration

图5 土体崩解曲线

Fig.5 Curves of soil disintegration

图6 崩解特性分类曲线

Fig.6 Classification curves of disintegration characteristics

表2 土体崩解特征分类

Table 2 Classification of soil disintegration characteristics

类别	等级	符号	崩解形态	崩解曲线特征	试验土样
完全崩解	快速	CDR	局部大块脱落	C_t=100%	素土样
	逐步	CDI	小块土体崩落	阶梯状上升	0.5、1.0 mol/L MICP固化样
	稳定	CDS	片状、块状剥落	光滑平缓上升	1.5 mol/L MICP固化样
不完全崩解	快速	IDR	—	—	—
	逐步	IDI	逐层片状脱落	C_t<100%	2.0、2.5 mol/L MICP固化样
	稳定	IDS	—	—	—

图7 不同矿物含量、崩解速率与浓度的关系

Fig.7 Relations of mineral content and disintegration rate against concentration

图8 不同土样的SEM图像

Fig.8 SEM images of different samples

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Disintegration Characteristics of MICP-treated Granite Residual Soils

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