[J Rock Mech. Geotech. Eng.]东南大学蒋宁俊教授：生物碳辅助生物刺激MICP加固钙质砂的不排水剪切强度

1. 文章要点

本研究探讨了生物炭辅助生物刺激微生物诱导碳酸盐沉淀（MICP）技术增强钙质砂抗剪强度的可行性。首先通过系列无侧限抗压试验确定了生物刺激MICP的最佳胶结液浓度，并采用固结不排水（CU）三轴剪切试验评估了生物炭增强型生物刺激处理钙质砂的抗剪特性。为表征低有效正应力下生物胶结砂的抗剪强度，同时采用摩尔-库仑破坏包络线和非线性破坏包络线进行对比分析。此外，研究通过比较两种不同应力状态确定了适宜的破坏准则，并对生物炭辅助生物胶结钙质砂的微观特征与破坏后特性进行表征。基于结果分析与讨论，得出以下结论：

(1)在生物刺激MICP工艺中，采用0.5 mol/L的中等浓度胶结液相较于0.1 mol/L与1 mol/L更具优势。在10天胶结处理周期内，延长胶结阶段持续时间可在无侧限抗压试验中获得更高的无侧限抗压强度(qu)和弹性模量(E50)。

(2)生物炭的掺入有助于提升钙质砂的胶结特性。低强度非生物炭试件呈现应变硬化特征，而高强度生物炭试件在7%-10%应变范围内表现出应变软化向应变硬化的转变。相较于非线性破坏准则，摩尔-库仑破坏准则对剪应力值和有效黏聚力(c')的评估更为保守。

(3)基于试件破坏后特征分析，生物炭辅助试样呈现多剪切带发育现象，表明生物胶结分布显著不均。剪切带厚度随生物炭掺入更为明显且显著增宽。微观图像显示粉末状与片状生物炭均可作为附加成核位点，但片状生物炭对胶结强度的提升效率较低。

(4)溶液试验表明生物炭可提升生物刺激MICP过程中的尿素水解活性(UA)。高掺量生物炭(4g)溶液体系UA值显著高于低掺量(2g)体系，且非灭菌条件更有利于土著尿素水解菌的生长。

2. 图表汇总

本文来源：微生物能源岩土

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