亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于MICP方法固化采煤下行裂隙土體力學(xué)特性試驗(yàn)研究

        2021-10-17 13:59:32張嘉睿夏玉成李殿鑫梅奧然
        煤礦安全 2021年9期
        關(guān)鍵詞:碳酸鈣

        張嘉睿,李 濤,夏玉成,高 穎,李殿鑫,王 銳,3,梅奧然

        (1.西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院,陜西 西安 710000;2.六盤水師范學(xué)院 礦業(yè)與土木工程學(xué)院,貴州 六盤水 553004;3.陜西省一八五煤田地質(zhì)有限公司,陜西 榆林 719000;4.貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院,貴州 貴陽 550000)

        煤炭開采導(dǎo)致地下水資源流失及流域生態(tài)環(huán)境惡化,資源開采與生態(tài)保護(hù)矛盾突出,所以對潛水含水層的保護(hù)不容忽視[1]。采動造成的下行裂隙是潛水流失的主要通道之一,導(dǎo)水裂隙帶與水體之間應(yīng)具備合理的保護(hù)層厚度[2-3]。隔水層內(nèi)下行裂隙帶的存在,實(shí)質(zhì)上降低了隔水層的有效厚度,造成淺表土壤水分流失、土壤結(jié)構(gòu)破壞等一系列后果[4-5]。對于下行裂隙一般采用填充水泥、高水材料等手段進(jìn)行修復(fù)[6-7],而化學(xué)材料的使用造成了生態(tài)進(jìn)一步退化,因此亟需開發(fā)有利于環(huán)境保護(hù)和能源節(jié)約的修復(fù)材料及配套技術(shù)[8]。

        近年來,微生物誘導(dǎo)碳酸鈣結(jié)晶(MICP)技術(shù)已應(yīng)用在多種工程領(lǐng)域,包括砂土改良、污染土修復(fù)、古建筑修復(fù)、混凝土修復(fù)、抑制飛塵等[9];通過MICP的試管試驗(yàn)和一維砂柱試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)溫度與碳酸鈣生成速率、生成量呈正相關(guān)關(guān)系,生成碳酸鈣晶型基本一致,且在一般土壤溫度下MICP都能有效加固土體[8];分別對砂質(zhì)黏土和粉土進(jìn)行MICP注漿固化,其主要膠結(jié)物為方解石型碳酸鈣,碳酸鈣含量和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均隨固化次數(shù)增加而提高,土體強(qiáng)度受碳酸鈣生成量影響并存在敏感閾值[10-11];微生物對裂隙試樣修復(fù)效果顯著,可達(dá)到隔水層再造的目的[12];對摻入纖維的砂土進(jìn)行MICP處理,可改善砂土的抗剪強(qiáng)度和應(yīng)變軟化特性,產(chǎn)生的碳酸鈣有利于纖維錨固土體,使加筋效果強(qiáng)化[13];微生物摻入水泥基材料,使試件抗壓強(qiáng)度和剛度大幅提高,對開裂期越短、寬度越小的裂縫修復(fù)率越高,可實(shí)現(xiàn)近100%的修復(fù)率,生成文石、方解石型碳酸鈣結(jié)晶[14-16];對于花崗巖試件與砂巖試件,裂隙處填充介質(zhì)密實(shí)度越大,碳酸鈣生成量越多,加固效果越好,巖石試件抗拉強(qiáng)度隨裂隙粗糙度增加而增大[17]。MICP技術(shù)作為1種綠色環(huán)保的固土新方法,其優(yōu)勢在于綠色環(huán)保,對生態(tài)環(huán)境友好[18]。利用微生物誘導(dǎo)碳酸鈣結(jié)晶將松散的砂土顆粒膠結(jié),可加固裂隙土體并提高其物理力學(xué)性質(zhì)。為此,采用巨大芽孢桿菌作為修復(fù)材料,該菌種不僅能應(yīng)用于土體固化中,還能起到土壤增肥及凈化地下水的作用[15];制作試樣并預(yù)制裂縫,對土體的預(yù)制裂縫充填微生物菌液、膠結(jié)溶液、砂土混合物并壓實(shí),對MICP處理后的試樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和抗剪強(qiáng)度試驗(yàn),通過測試修復(fù)后土體物理力學(xué)特征的變化,進(jìn)一步揭示MICP對裂隙土體的修復(fù)機(jī)理。

        1 菌種培養(yǎng)及試樣制備

        1.1 菌種活化和培養(yǎng)及膠結(jié)液配制

        選用菌種為巨大芽孢桿菌(Bacillus megaterium de Bary),來自中國普通微生物菌種保藏管理中心。采用液體培養(yǎng)基,其營養(yǎng)物質(zhì)包含:牛肉蛋白胨、酵母提取物和NaCl,pH調(diào)節(jié)至7.0左右,溶劑為去離子水,培養(yǎng)基配方見表1。

        1.1.1 巨大芽孢桿菌的活化

        從中國普通微生物菌種保藏管理中心采購的巨大芽孢桿菌,是存儲于安瓿瓶中的巨大芽孢桿菌凍干粉,巨大芽孢桿菌凍干粉如圖1。

        在進(jìn)行微生物培養(yǎng)前,需對其活化,活化過程大致分為以下幾步。

        1)試驗(yàn)器材滅菌處理。將玻璃器材反復(fù)清洗至少3次,再用超純水將所用器皿潤洗干凈。將實(shí)驗(yàn)器材置于高壓蒸汽滅菌鍋中進(jìn)行滅菌處理,在溫度121℃、0.1 MPa條件下保持20 min。

        2)配置液體培養(yǎng)基。按表1中的培養(yǎng)基配方配制液體培養(yǎng)基,充分溶解后取適量裝入錐形瓶,用醫(yī)用棉塞住瓶口,包裹1層牛皮紙,用棉線扎口封裝,置于高壓滅菌鍋,在121℃、0.1 MPa條件下保持30 min后,放入超凈工作臺中冷卻待用。

        3)安瓿瓶開封。在超凈工作臺中用75%酒精棉球擦拭安瓿瓶,用鑷子敲擊瓶身頂部,取出瓶內(nèi)細(xì)菌編號紙,將巨大芽孢桿菌凍干粉留在瓶底。用量程為1 000μL的無菌移液槍吸取1~2 mL液體培養(yǎng)基注入安瓿瓶中,反復(fù)吹打,將細(xì)菌干粉溶解,混合均勻后變成懸浮溶液。

        4)接種。使用無菌移液槍吸取細(xì)菌懸浮液,注入經(jīng)滅菌處理后的液體培養(yǎng)基中,將其放入30℃生化恒溫培養(yǎng)箱,靜置培養(yǎng)72 h。

        1.1.2 巨大芽孢桿菌的培養(yǎng)

        巨大芽孢桿菌活化后可進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng),用于后續(xù)的土力學(xué)試驗(yàn)。細(xì)菌的擴(kuò)大培養(yǎng)須在嚴(yán)格的無菌環(huán)境下進(jìn)行,所有試驗(yàn)操作均在紫外燈滅菌后的超凈工作臺中完成,且操作過程盡量在酒精燈外焰附近進(jìn)行。具體步驟如下。

        1)配置液體培養(yǎng)基。液體培養(yǎng)基主要用于細(xì)菌的擴(kuò)大培育,液體培養(yǎng)基配方見表1。配制完畢后放入高壓蒸汽滅菌鍋,以120℃、0.1 MPa條件進(jìn)行高溫蒸汽滅菌,保持30 min,滅菌完成后取出液體培養(yǎng)基放入超凈工作臺冷卻待用。

        2)接種。將活化好的菌液取出放入超凈工作臺,用無菌移液槍從液體培養(yǎng)基中吸取4~5 mL菌液,分別加入2瓶200 mL新鮮培養(yǎng)基中,隨后封裝瓶口。

        3)培育。將裝有200 mL已接種液體培養(yǎng)基的錐形瓶放入生化恒溫培養(yǎng)箱,培養(yǎng)箱參數(shù)設(shè)置為30℃,培養(yǎng)時間為48 h。

        1.1.3 膠結(jié)液的配制

        膠結(jié)溶液是為微生物誘導(dǎo)礦化提供氮源與鈣源,選材包括尿素與CaCl2,膠結(jié)溶液配方見表2。

        表2 膠結(jié)溶液配方Table 2 Cementing solution formula

        1.2 試樣制備

        1)預(yù)制裂縫。預(yù)制裂縫如圖2。固化試樣分為2種:①對于無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),試樣直徑3.91 cm,高度8.00 cm,在所有圓柱體試件頂面由上向下預(yù)制1條相同長度、深度且表面縫寬為0.40 cm并隨深度逐漸縮小的裂縫;②對于直接剪切試驗(yàn),試樣直徑6.18 cm,高度2.00 cm,在所有圓柱體試件頂面由上向下預(yù)制3條相同長度、深度且表面縫寬為0.20 cm并隨深度逐漸縮小的裂縫。

        圖2 預(yù)制裂縫Fig.2 Precast crack

        2)充填物配比。裂隙充填物選擇砂土混合物:標(biāo)準(zhǔn)砂過0.2 mm篩,土過0.1 mm篩,兩者以體積比1∶2比例混合。在充填裂隙過程中,同1組內(nèi)對4個試樣分別注入不同濃度微生物菌液及等濃度膠結(jié)溶液,菌液濃度依次為40%、60%、80%、100%。

        3)裂縫充填工藝。以砂土混合物為骨料,以不同濃度菌液與等濃度膠結(jié)液的混合溶液為黏合劑,將二者注入試樣預(yù)制裂縫中,具體操作為:用藥匙將混合均勻的砂土骨料摻入裂縫并適當(dāng)壓實(shí),同時用注射器將菌液和膠結(jié)液的混合溶液注入裂縫,使混合溶液和骨料交替充填。反復(fù)以上操作,直至裂縫充填完成,并將上表面涂抹平。填充完成后置于室溫條件下培養(yǎng),待修復(fù)完成后進(jìn)行試驗(yàn)測試。使每項(xiàng)試驗(yàn)不少于4組樣本,每組樣本不少于3個試樣。

        2 試驗(yàn)方法

        為了分析微生物菌液對裂隙土體加固效果,在溫度、裂隙特征、固化方法、固化時間等條件均相同的情況下,對相同參數(shù)的試樣進(jìn)行加固處理。將培養(yǎng)好的原菌液利用無菌水進(jìn)行稀釋,配制成40%、60%、80%、100%4種濃度。

        1)菌液濃度檢測。采用紫外可見分光光度計,調(diào)節(jié)波長至600 nm,形狀規(guī)則的(近似球形)微生物菌濃度(干重)和吸光度有線性關(guān)系[19],利用細(xì)菌的吸光度來測定細(xì)菌培養(yǎng)液的濃度,從而判定細(xì)菌的生長發(fā)育情況[20]。

        2)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。采用無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)來獲得微生物注漿處理前后試樣抗壓強(qiáng)度。對固化后的試樣采用應(yīng)變控制式無側(cè)限壓縮儀進(jìn)行試驗(yàn),在不加任何側(cè)向壓力的情況下施加垂直壓力,當(dāng)軸向應(yīng)變大于20%或軸力出現(xiàn)峰值后,2%~3%應(yīng)變時停止試驗(yàn),計算最大軸向應(yīng)力作為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度[15]。4種菌液濃度由低到高依次對應(yīng)編組1#、2#、3#、4#4組試樣,每組設(shè)3個樣本。無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)如圖3,應(yīng)力-應(yīng)變計算見GB/T 50123——1999《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。

        圖3 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)Fig.3 Unconfined compressive strength test

        3)直接剪切試驗(yàn)。采用應(yīng)變控制式直剪儀進(jìn)行固結(jié)快剪試驗(yàn),來獲得微生物注漿處理前后試樣抗剪強(qiáng)度。將試樣以裂縫走向垂直于剪切方向的方式放入剪切盒內(nèi),對試樣施加相同垂直載荷,沿固定剪切面施加相同水平剪力,剪力由0開始增加,試樣剪破時剪力達(dá)到最大值,對應(yīng)剪破面上剪應(yīng)力達(dá)到抗剪強(qiáng)度。直接剪切試驗(yàn)如圖4,計算不同濃度菌液處理后試件的抗剪強(qiáng)度。4種菌液濃度由低到高依次對應(yīng)編組5#、6#、7#、8#4組試樣,每組設(shè)3個樣本。

        圖4 直接剪切試驗(yàn)Fig.4 Direct shear test

        3 試驗(yàn)結(jié)果討論

        3.1 菌液濃度的變化

        通過對比600 nm波長下微生物菌液與空白水樣間的吸收光能量差,計算菌液的吸光度(OD值)[15],用OD600值來表示菌液濃度,其原理主要是依據(jù)細(xì)胞濃度與其菌液的混濁度成正比,因此與吸光度也成正比[21]。分別檢測40%、60%、80%、100%濃度下微生物菌液OD600值,不同菌液濃度OD600值如圖5。

        圖5 不同菌液濃度OD600值Fig.5 OD600 values of different bacterial concentrations

        每種濃度測試3個試樣并計算平均值,40%、60%、80%、100%濃度的微生物菌液對應(yīng)的OD600值依次為:1.33、1.53、1.75、1.9,該值用于表征試驗(yàn)中微生物的菌液濃度。

        3.2 菌液濃度與試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

        對不同濃度菌液微生物注漿加固處理后的試樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表3。

        表3 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Unconfined compressive strength test results

        結(jié)果表明,在采用不同濃度菌液對試樣進(jìn)行固化處理后,隨著菌液濃度的遞增,試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度依次提高。對于OD600值分別為1.33、1.53、1.75、1.90的菌液固化處理的試樣,其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度峰值比例為1∶1.102∶1.212∶1.277。編組1(OD600=1.33)的試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最低,隨著菌液濃度增大,編組2、編組3、編組4的試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度依次提高了10.22%、21.19%、27.74%,無側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化關(guān)系如圖6。

        圖6 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化關(guān)系Fig.6 Variation of unconfined compressive strength

        3.3 菌液濃度與試樣抗剪強(qiáng)度的關(guān)系

        對微生物注漿加固處理后的試樣進(jìn)行直接剪切試驗(yàn),將裂縫走向垂直于剪切方向,分別施加相同載荷,沿固定剪切面施加相同水平剪力直接剪切試驗(yàn)結(jié)果見表4。

        表4 直接剪切試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Direct shear test results

        在采用不同濃度菌液對試樣進(jìn)行固化處理后,隨著菌液濃度的遞增,試樣抗剪強(qiáng)度依次提高。對于OD600值分別為1.33、1.53、1.75、1.9的菌液固化處理的試樣,其抗剪強(qiáng)度比例為1∶1.049∶1.096∶1.134。編組5(OD600=1.33)的試樣抗剪強(qiáng)度最低,隨著菌液濃度增大,編組6、編組7、編組8的試樣抗剪強(qiáng)度分別提升了4.88%、9.76%、13.41%,抗剪強(qiáng)度變化關(guān)系如圖7。

        圖7 抗剪強(qiáng)度變化關(guān)系Fig.7 Variation of shear strength

        3.4 MICP固化機(jī)理及其優(yōu)勢

        微生物誘導(dǎo)碳酸鈣結(jié)晶固化裂隙土體大致分為3個階段:①微生物、營養(yǎng)物質(zhì)、砂土混合物等同時注入裂縫后,巨大芽孢桿菌經(jīng)新陳代謝產(chǎn)生脲酶,將膠結(jié)溶液中的尿素催化水解,生成銨根離子和碳酸根離子[22];②微生物細(xì)胞表面帶負(fù)電荷,使溶液中的鈣離子被細(xì)胞吸附,當(dāng)鈣離子與溶液中碳酸根離子相互結(jié)合達(dá)到飽和狀態(tài),從而在細(xì)胞表面析出碳酸鈣沉淀;③隨著微生物細(xì)胞周圍碳酸鈣沉淀不斷生成,形成以細(xì)菌為成核點(diǎn)的碳酸鈣結(jié)晶,充填于裂隙土體孔隙中,裂隙中松散的砂土顆粒逐漸被膠結(jié)為整體[23-25]。因而當(dāng)微生物菌液濃度較高時,注漿后微生物細(xì)胞在砂土體中分布密度較大,碳酸鈣晶體結(jié)晶更加充分,能夠更有效地充填孔隙并固化,與周圍土體形成具有一定力學(xué)性能的整體,以達(dá)到修復(fù)裂隙的目的。

        MICP技術(shù)是以碳酸鈣結(jié)晶作為黏結(jié)砂土顆粒的膠結(jié)材料,使裂隙土體顆粒之間聯(lián)結(jié)力增強(qiáng),從而提高裂隙土體的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度,達(dá)到改善其物理力學(xué)性質(zhì)的目的。相比于傳統(tǒng)的化學(xué)灌漿技術(shù),MICP技術(shù)避免了對周圍土體的擾動及對生態(tài)環(huán)境的破壞,具有可持續(xù)性和綠色環(huán)保等特點(diǎn)[26]。在MICP實(shí)現(xiàn)加固作用后,由于微生物菌種所處環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)的缺乏,以及微生物細(xì)胞被碳酸鈣沉淀包裹,導(dǎo)致菌種逐漸死亡,對環(huán)境影響較小,且生成的沉淀物對環(huán)境無害,因而具有能耗低、污染小的優(yōu)勢,符合低碳經(jīng)濟(jì)和環(huán)境友好的原則[27]。

        4 結(jié)論

        1)MICP技術(shù)可一定程度上修復(fù)加固土體裂隙,提高試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度,改善受損土壤物理力學(xué)性質(zhì)。

        2)低濃度菌液對土體裂隙的修復(fù)能力弱于高濃度菌液。隨著菌液濃度升高,試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度均逐級提升,裂隙土體的修復(fù)效果提升。相較而言,抗剪強(qiáng)度提高有限。

        3)MICP技術(shù)作為1種綠色環(huán)保的固土新方法,有實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用的前景,但仍需考慮外部影響因素,并改進(jìn)固化工藝和固化方式。

        猜你喜歡
        碳酸鈣
        納米碳酸鈣改性瀝青混合料路用性能評價研究
        石油瀝青(2021年5期)2021-12-02 03:21:16
        碳酸鈣三級紅外光譜研究
        廣西扶綏縣擬投資105億年產(chǎn)600萬t碳酸鈣
        石材(2020年12期)2020-12-31 21:25:39
        賀州學(xué)院碳酸鈣資源綜合利用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)
        納米碳酸鈣的制備及在水基鉆井液的應(yīng)用研究
        納米碳酸鈣對道路用混凝土耐久性能的影響探討
        亞微米碳酸鈣加入量對莫來石多孔陶瓷結(jié)構(gòu)和性能的影響
        HPLC-ELSD法同時測定鹿角霜中碳酸鈣和磷酸鈣
        中成藥(2018年5期)2018-06-06 03:12:18
        改性超細(xì)碳酸鈣及其在水性塑膠涂料中的應(yīng)用
        唐山三友碳酸鈣磨機(jī)項(xiàng)目投產(chǎn)
        99久久无色码中文字幕人妻蜜柚| 护士奶头又白又大又好摸视频| 亚洲综合久久成人a片| 99久久99久久久精品久久| 冲田杏梨av天堂一区二区三区| 99久久精品人妻一区| 国产亚州精品女人久久久久久| 亚洲综合色婷婷七月丁香| 最新亚洲人成无码网www电影| 啪啪视频一区二区三区入囗| 成年男人午夜视频在线看| 91精品国产92久久久| 久精品国产欧美亚洲色aⅴ大片 | 国产精品国产三级国产av剧情| 亚洲精品无码av人在线播放| 伊人色综合视频一区二区三区| 91精品啪在线观看国产色| 国产成av人在线观看| 午夜无码一区二区三区在线观看| 国产精品无码久久久久久| 国产爽爽视频在线| 91九色国产在线观看| 日本饥渴人妻欲求不满| 成人区人妻精品一熟女| 国产精品美女黄色av| 少妇被猛烈进入中文字幕| 医院人妻闷声隔着帘子被中出 | 蜜臀av在线观看| 少妇脱了内裤让我添| 国产精品乱子伦一区二区三区| 精品av一区二区在线| 狠狠躁天天躁无码中文字幕图| 粗大猛烈进出高潮视频| 国产91福利在线精品剧情尤物| 国产优质女主播在线观看| 丝袜美腿亚洲第一免费| 狠狠色成人综合网| 女同性恋精品一区二区三区| 日韩av在线亚洲女同| 免费视频爱爱太爽了| 亚洲熟妇一区无码|