陳育民　張書航　丁絢晨　張鑫磊

摘 要：為獲得鈣質砂試樣在微生物加固過程中的強度特性，對環(huán)剪儀的剪切盒進行改造，實現(xiàn)在環(huán)剪儀上直接完成鈣質砂試樣的微生物固化過程。通過環(huán)剪試驗研究加固時間對固化效果的影響，考慮環(huán)剪試驗過程中豎向應力的影響并與未加固鈣質砂試樣進行對比分析。結果表明：在改造后的環(huán)剪儀上直接完成固化可以獲得加固時間較短、強度相對較低的試樣。隨著加固時間的增加，試樣的抗剪強度不斷增大并逐漸達到穩(wěn)定值，加固48 h后，試樣的抗剪強度及殘余強度分別達到未加固試樣的1.8倍及1.6倍。與未加固試樣相比，固化試樣表現(xiàn)出明顯的應變軟化現(xiàn)象，這可能與碳酸鈣膠結結構發(fā)生破壞有關。在較高豎向應力（75～125 kPa）條件下，固化試樣與未加固試樣均會表現(xiàn)出較明顯的應變軟化現(xiàn)象，但兩者出現(xiàn)軟化現(xiàn)象的原因不同。

關鍵詞：微生物加固;鈣質砂;環(huán)剪儀;抗剪強度

中圖分類號：TU411.7 文獻標志碼：A 文章編號：2096-6717（2022）04-0010-08

Ring shear test study on strength evolution process of microbial reinforced calcareous sand

CHEN Yumin1， ZHANG Shuhang1， DING Xuanchen2， ZHANG Xinlei1

（1. Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering; College of Civil and Transportation Engineering， Hohai University， Nanjing 210098， P. R. China; 2. Jiaxing Traffic Engineering Quality and Safety Management Service Center， Jiaxing 314000， Zhejiang， P. R. China）

Abstract： The reinforcement process was directly completed on the ring shear apparatus by remolding the shear box to reveal the strength characteristics of calcareous sandy samples during microbial treatment.The influence of treatment time on the curing effect was studied using ring shear tests. The effect of vertical stress was investigated. The results of treated samples were compared with those without treatment of calcareous sandy samples. The results showed that the treated samples with shorter treated time and relatively lower strength can be obtained utilizing completing the curing process on the modified ring shear apparatus directly. The shear strength of the treated samples increased and reached a constant with increase of treatment time. The shear strength and residual strength of the sample treated 48 hours could reach 1.8 times and 1.6 times of the values for untreated samples， respectively. Compared with the untreated sample， the treated sample shows obvious strain-softening behavior， which may be related to the destruction of the cemented structure of calcium carbonate. Under the condition of high vertical stress （75～125 kPa）， both the treated and the untreated samples show an obvious strain-softening phenomenon， but the reasons behind this phenomenon are different.

Keywords：microbial treatment; calcareous sand; ring shear apparatus; shear strength

鈣質砂在中國南海海域分布十分廣泛，是吹填造島工程的主要材料。作為海洋生物形成的特殊巖土介質，鈣質砂顆粒具有形狀不規(guī)則、存在內(nèi)部孔隙、易破碎等特點[1-3]。中國南海地區(qū)位于三大板塊交匯處，地質構造十分復雜，經(jīng)常發(fā)生地震。在海浪以及地震荷載作用下，島礁邊坡會像陸地邊坡一樣發(fā)生失穩(wěn)而破壞，這將對上部結構設施造成重大損失。因此，有必要對南海鈣質砂地基進行加固處理。40337452-CF39-4E08-A258-AE78B6224B83

微生物誘導碳酸鈣沉淀（Microbially Induced Carbonate Precipitation， MICP）是最近發(fā)展起來的一種新型土體加固技術。通過向松散砂土中灌注菌液以及營養(yǎng)鹽，利用微生物礦化作用在砂顆粒間快速析出方解石凝膠，以此改善土體的物理力學及工程性質[4]。土體的殘余強度是判斷陸地邊坡是否失穩(wěn)的重要依據(jù)[5]，而加固后鈣質砂的殘余強度是研究南海島礁邊坡穩(wěn)定的重要組成部分。已有研究表明，環(huán)剪試驗后，鈣質砂的殘余強度最終會達到穩(wěn)定值[6]。對于鈣質砂抗剪強度的研究，研究人員考慮了豎向應力、相對密實度、粒徑分布等的影響[7-10]。Whiffin等[11]通過在5 m長砂柱中低壓灌漿的方式完成了砂柱的固化過程。Kim等[12]在不同相對密度、注入次數(shù)以及微生物菌株條件下測量了砂中方解石沉淀量。Van Paassen等[13]進行了100 m3大規(guī)模原位砂基加固的試驗研究并測試了連續(xù)灌漿加固16 d后砂基內(nèi)碳酸鈣的生成量。Jiang等[14]通過部分拌和MICP處理砂礫土，提高了土體抵抗內(nèi)部滲流侵蝕的能力。郭紅仙等[15]采用拌和法固化島礁鈣質砂，總結了鈣質砂的壓縮特性。彭劼等[16]采用塑料箱作為MICP固化過程的反應容器，通過浸泡法直接在箱中完成鈣質砂試樣的固化過程。目前，開展MICP固化試樣的力學性質室內(nèi)試驗需要先通過特制模具完成微生物加固過程，在加固完成后將試樣取出、打磨，再進一步開展力學性質試驗。這種方法主要存在兩方面的缺陷：1）在儀器外部加固好的試樣有時不能與試驗儀器完全貼合，且打磨等操作往往會對試驗產(chǎn)生擾動，會對試驗結果造成一定影響;2）在儀器外部對試樣進行加固只能獲得完全硬化的試樣，當試樣膠結強度較低時，難以從模具中取出，無法對其力學性質進行測試。

筆者通過改造剪切盒，實現(xiàn)了在環(huán)剪儀上直接進行MICP加固的目的，通過開展多次單一方向的環(huán)剪試驗，驗證了改造剪切盒的合理性;研究了微生物加固過程中鈣質砂膠結強度的變化規(guī)律;探討了鈣質砂膠結強度與環(huán)剪試驗過程中豎向應力之間的關系;對MICP加固前后鈣質砂試樣的環(huán)剪試驗結果進行了對比。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用砂為取自南海某島礁附近的鈣質砂。根據(jù)室內(nèi)篩分試驗可知，鈣質砂試樣的平均粒徑d50=0.38 mm，有效粒徑d10=0.13 mm，不均勻系數(shù)Cu=3.55，曲率系數(shù)Cc=0.97，屬于級配不良。該鈣質砂的比重Gs=2.73，最大和最小干密度分別為1.44、1.02 g/cm3。鈣質砂試樣的顆粒級配曲線如圖1 所示。

1.2 菌液及加固液的制備

試驗菌種為購自美國菌種保藏中心的巴氏芽孢桿菌（S. pasteurii，編號ATCC 11859），制備菌液所需的培養(yǎng)基配方如表1所示。培養(yǎng)基配置完成后，用緩沖液（1 mol/L的氫氧化鈉溶液）將其pH值調(diào)至9.0并放入高溫滅菌鍋中消除雜菌，然后放置于超凈工作臺中等待其冷卻。將活化的菌種接種到冷卻的培養(yǎng)基中，然后將其放入恒溫振蕩箱內(nèi)進行培養(yǎng)（溫度為30 ℃，振蕩速率為120 r/min），最終得到菌液的OD600值為0.865。加固液為尿素與氯化鈣的混合溶液（尿素與氯化鈣溶液的摩爾比為1∶1）。

1.3 試驗儀器

微生物加固及環(huán)剪試驗所采用的儀器為HJ-1 型環(huán)剪儀，儀器所采用的試樣外徑為95 mm，內(nèi)徑為55 mm，高為40 mm。環(huán)剪儀能夠在試驗中保持剪切面面積不變，同時可以設定滑動距離，以控制剪切速度，是目前測試殘余強度的一種較為先進可靠的方法。試驗中的剪切扭矩可通過計算機自動采集，剪應力與扭矩的轉化關系見式（1）。

式中：τ為剪切應力;M為剪切扭矩;r1和r2分別為試樣的內(nèi)半徑和外半徑。

目前，MICP加固方法主要分為灌漿法、拌和法以及浸泡法三大類。為在環(huán)剪儀上直接完成鈣質砂試樣的固化過程，對常用的3種固化方法在環(huán)剪儀上實施的可行性進行分析。拌和法的加固方式較為簡便且能在環(huán)剪儀上直接進行，但加固后試樣的強度較低，采用此方法無法較好地測試試樣膠結強度的變化規(guī)律。環(huán)剪儀上的剪切盒為不透水材質，采用浸泡法在儀器上直接進行加固較為困難且安全性也有待考慮。基于以上分析結果，最終選擇將環(huán)剪儀上的剪切盒作為試樣加固過程所需的模具，采用灌漿法在環(huán)剪儀上直接完成鈣質砂試樣的固化過程。

由于下剪切盒需固定在環(huán)剪儀上，其底部排水較難，在加固過程中，無法采用將菌液及加固液從模具頂部通入底部通出的方法。因此，需要對環(huán)剪儀上的剪切盒進行改造。改造過程為：1）在上下剪切盒底部各均勻布置4個孔作為加固過程中溶液流入與流出的通道，其中，下剪切盒的打孔位置在環(huán)剪儀內(nèi)部凸起的槽處（位于試樣底部），上剪切盒的打孔位置在試樣的頂部。2）用止水帶纏繞接頭并將接頭擰入剪切盒，在接頭內(nèi)塞入土工布，以防止砂粒漏出。3）在下剪切盒底部放置密封膠圈，用螺絲將下剪切盒固定在環(huán)剪儀上并將上剪切盒放置于其上方，在上下剪切盒的接縫處涂抹硅膠并等待其干燥。改造后的模具如圖2和圖3所示。

1.4 鈣質砂試樣的固化

鈣質砂試樣的固化步驟為：1）將240 g滅菌后的鈣質砂與100 mL菌液以及10 mL固定液（0.05 mol/L的氯化鈣溶液）混合并靜置6 h（使菌株充分吸附在砂顆粒表面）。2）在剪切盒中間放置直徑55 mm、高70 mm的圓管（控制試樣的形狀為空心圓柱形），將混合后的鈣質砂裝入剪切盒中。3）將8根軟管一端與接頭相連，底部4根軟管的另一端與蠕動泵相連，然后放置于盛有加固液的錐形瓶中，頂部4根軟管的另一端直接放置于盛有加固液的錐形瓶中。4）利用蠕動泵以1 mL/min的速率從剪切盒底部通入加固液（加固液濃度0.5 mol/L），溶液從頂部流入錐形瓶，以完成試樣的循環(huán)加固過程。5）加固完畢后，利用蠕動泵將剪切盒中剩余溶液抽出，然后將軟管、硅膠以及盒內(nèi)的圓管拆除，即可進行環(huán)剪試驗。鈣質砂試樣的固化過程如圖4所示。40337452-CF39-4E08-A258-AE78B6224B83

1.5 試驗工況

采用在環(huán)剪儀上直接完成MICP固化過程的方式可以獲得加固時間較短、強度相對較低的膠結試樣。為了研究加固時間對鈣質砂試樣膠結強度的影響，考慮了7個不同的加固時間，分別為1、3、6、12、24、36、48 h。該組環(huán)剪試驗過程中施加的豎向應力為50 kPa。

此外，采用相同加固條件（加固時間2 d、加固液通入速率1 mL/min），考慮了5種不同豎向應力（25、50、75、100、125 kPa）分析環(huán)剪試驗過程中豎向應力對加固后鈣質砂力學性質的影響。同時，制備級配條件相同的不加固試樣進行對比，分析MICP加固前后鈣質砂力學性質的差異。采用的加固液濃度均為0.5 mol/L，環(huán)剪試驗的剪切速率設置為5.56 mm/min[17]。

2 試驗結果及分析

對不同孔進水條件下加固后鈣質砂試樣的剪應力剪切位移曲線進行分析，并根據(jù)試驗結果選擇合適的進水方式進行后續(xù)試驗。對不同加固時間及豎向應力條件下鈣質砂試樣的剪應力位移曲線、峰值強度和殘余強度進行分析，研究加固時間及豎向應力對鈣質砂膠結試樣強度的影響，并與相同級配條件下的未加固試樣進行對比，得出不同豎向應力條件下MICP膠結作用對鈣質砂強度的影響規(guī)律。

2.1 剪切盒改造合理性驗證

為驗證在環(huán)剪儀的上下剪切盒底部各均勻布置4個孔進行鈣質砂微生物加固的合理性，對不同位置孔進水條件下鈣質砂試樣膠結強度的變化規(guī)律進行了對比分析。圖5所示為剪切盒俯視圖，H1～H4代表剪切盒上均勻布置的4個孔。在微生物加固過程中主要考慮5種不同的進水方式，具體為1孔（H1）、2對稱孔（H1和H4）、2相鄰孔（H1和H2）、3孔（H1、H2、H4）以及4孔進水，出水方式均為剪切盒上部孔處自然流出。5組試樣的加固液濃度均為0.5 mol/L，加固時間均為2 d。試樣加固完成后，通過環(huán)剪試驗分析不同孔進水方式下固化試樣強度的變化規(guī)律。環(huán)剪試驗過程中豎向應力為50 kPa，剪切速率為5.56 mm/min。

圖6所示為不同孔進水條件下鈣質砂試樣的剪應力剪切位移曲線。在初始階段，試樣的剪應力隨剪切位移增大而逐漸增加，兩者近似呈線性關系。隨后剪應力發(fā)展速率降低并在某一時刻達到峰值。此后，隨著剪切位移的增加，剪應力逐漸減小，最終在一個穩(wěn)定值處上下波動，此值即為殘余強度值。圖7所示為不同孔進水條件下鈣質砂試樣的峰值強度與殘余強度的對比。

由圖6、圖7可知，隨著進水孔數(shù)的增加，加固后試樣的抗剪強度也不斷增加，相比于未加固試樣，1孔進水條件下提升了28%，4孔進水條件下提升了37%。5種工況條件下加固后試樣抗剪強度的差值較小，其原因可能與環(huán)剪試驗所采用試樣的尺寸以及加固液的通入速率有關。由于試樣的尺寸較小且加固液的通入速率較快，在孔數(shù)較少的情況下，加固液也能較快、較均勻地浸沒試樣，在3孔以及4孔進水的條件下，加固后鈣質砂試樣的抗剪強度基本保持恒定，這表明在環(huán)剪盒上均勻布置4個孔進行鈣質砂微生物加固是合理的。

2.2 加固時間對MICP固化效果的影響

圖8所示為不同加固時間條件下鈣質砂試樣的剪應力剪切位移曲線。由圖8可知，隨著加固時間的增加，固化試樣的抗剪強度逐漸增大。前1～24 h，加固后試樣抗剪強度的增長速率較快，但增長速率逐漸趨緩;當加固時間達到36 h后，鈣質砂試樣的抗剪強度趨于穩(wěn)定;加固48 h后，試樣的抗剪強度能達到未加固試樣的1.8倍。加固時間達到36 h后，鈣質砂試樣抗剪強度的提升并不明顯的原因可能有兩個方面：1）在加固過程中加固液的用量恒定，隨著微生物加固過程的持續(xù)進行，加固液中的Ca2+被不斷消耗，當加固時間達到36 h后，加固液中殘余的Ca2+不能保證碳酸鈣沉淀的繼續(xù)生成，故加固48 h后試樣抗剪強度的提升并不明顯;2）隨著加固時間的增加，細菌將逐漸走向衰亡，因而會對36 h后鈣質砂試樣的微生物固化過程產(chǎn)生一定的影響。

對圖8所示曲線進行更進一步分析可知，鈣質砂試樣在較短加固時間（1～12 h）條件下表現(xiàn)出弱軟化的現(xiàn)象，其峰值強度和殘余強度的差值較小且曲線的變化規(guī)律與未加固鈣質砂試樣相近，但其抗剪強度均高于未加固的鈣質砂試樣，加固12 h后，鈣質砂試樣的抗剪強度已能達到未加固試樣的1.3倍。當加固時間超過18 h，固化鈣質砂試樣表現(xiàn)出較為明顯的應變軟化現(xiàn)象，這可能是因為加固時間達到18 h后剪切盒內(nèi)的鈣質砂試樣已被膠結成為一個整體，其峰值強度有了較明顯的提升。因此，在這一條件下，固化鈣質砂試樣的剪應力剪切位移曲線呈現(xiàn)出較明顯的應變軟化現(xiàn)象。

殘余強度與峰值強度是環(huán)剪試驗的重要結果，殘余強度與峰值強度的比值可以反映大變形條件下土體強度衰減的程度[18]。Bishop[19]首次提出了脆性指數(shù)IB，它的定義是峰值強度與殘余強度的差值再除以峰值強度。IB值越大，說明土樣殘余強度比峰值強度衰減程度越大，強度軟化越明顯。

圖9所示為不同加固時間條件下鈣質砂試樣的峰值強度與殘余強度對比圖。表2所示為鈣質砂試樣在不同加固時間條件下的峰值強度、殘余強度以及脆性指數(shù)。對圖9和表2進行分析可知，加固后試樣的峰值強度和殘余強度隨加固時間的增加而不斷增大，開始增長較快，隨后趨緩并逐漸達到穩(wěn)定。隨著加固時間的增加，脆性指數(shù)整體呈現(xiàn)出增長的趨勢，前1～12 h，試樣峰值強度與殘余強度的差值較小，脆性指數(shù)的增長速率也較小，加固后試樣的應變軟化現(xiàn)象并不明顯;加固時間為12～24 h時，試樣峰值強度與殘余強度的差值逐漸增大，脆性指數(shù)的增長速率加快，試樣逐漸表現(xiàn)出較為明顯的應變軟化現(xiàn)象。試樣在這一階段表現(xiàn)出較明顯應變軟化現(xiàn)象的原因與MICP固化效果有關。加固時間較短時，試樣的固化效果相對較差，內(nèi)部雖有CaCO3生成，但并未膠結成為一個整體且強度較低，故環(huán)剪試驗過程中試樣的剪切特性表現(xiàn)為弱軟化，達到峰值強度后稍有減小便達到殘余強度。隨著加固時間的增加，鈣質砂試樣會被CaCO3晶體膠結起來并逐漸形成一個完整的硬化試樣，在環(huán)剪試驗過程中，當試樣的抗剪強度達到峰值強度后，其膠結結構會發(fā)生破壞，從而導致試樣的抗剪強度降低。此后，隨著剪切位移的增加，試樣的抗剪強度逐漸保持穩(wěn)定并達到殘余強度。此時，試樣峰值強度與殘余強度的差值較大，試樣表現(xiàn)出較為明顯的應變軟化現(xiàn)象。加固時間為24～48 h時，脆性指數(shù)基本保持穩(wěn)定，試樣均表現(xiàn)出明顯的應變軟化現(xiàn)象。40337452-CF39-4E08-A258-AE78B6224B83

2.3 MICP加固前后鈣質砂試樣的對比

圖10為不同豎向應力條件下固化試樣的剪應力剪切位移曲線。由圖10可知，隨著剪切位移的增加，加固后試樣的抗剪強度也逐漸增加，豎向應力越大，強度增長越快。當試樣的強度達到其峰值強度后，出現(xiàn)軟化現(xiàn)象。此后，隨著剪切位移的持續(xù)增加，剪應力逐漸趨于一個穩(wěn)定值，即試樣的殘余強度。對圖10進行進一步分析可知，當鈣質砂試樣的抗剪強度達到其峰值強度并逐漸降低后，鈣質砂試樣的剪應力剪切位移曲線出現(xiàn)較明顯的上下波動現(xiàn)象，且豎向應力越大，曲線波動越明顯。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因是加固試樣內(nèi)部存在較多的膠結薄弱面，當薄弱面所受應力達到其強度時，試樣內(nèi)部會出現(xiàn)局部裂隙，此時應力下降;但在豎向及環(huán)向的共同加載下，局部裂隙又被壓密，試樣內(nèi)部應力被重新分配，應力又繼續(xù)增加，從而剪應力剪切位移曲線出現(xiàn)上下波動現(xiàn)象[20]。

圖11為不同豎向應力條件下固化試樣的峰值強度及殘余強度對比。由圖11可知，加固后試樣的峰值強度、殘余強度以及二者的差值均隨環(huán)剪試驗過程中豎向應力的增加而不斷增大，在較高豎向應力作用下，加固后試樣的抗剪強度達到其峰值強度后，試樣的膠結結構會發(fā)生破壞，導致其抗剪強度降低并最終達到穩(wěn)定的殘余強度。因此，隨著豎向應力的不斷增加，加固后試樣的軟化現(xiàn)象越來越明顯。

圖12為未加固鈣質砂試樣的剪應力剪切位移曲線。圖13為未加固鈣質砂試樣的峰值強度及殘余強度對比圖。由圖12和圖13可知，未加固試樣的抗剪強度隨環(huán)剪試驗過程中豎向應力的增大而不斷增加。在較低豎向應力（25～50 kPa）條件下，未加固試樣的峰值強度和殘余強度差值較小，試樣的應變軟化現(xiàn)象并不明顯。而在較高豎向應力（75～125 kPa）條件下，試樣逐漸表現(xiàn)出明顯的應變軟化現(xiàn)象。產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因與鈣質砂顆粒破碎[21]和扁平狀鈣質砂出現(xiàn)定向滑移[22]有關。鈣質砂顆粒多為片狀、顆粒棱角多且內(nèi)部孔隙也較多，在較高豎向應力條件下，隨著剪切過程的持續(xù)進行，鈣質砂顆粒會產(chǎn)生較為明顯的破碎，顆粒間的摩擦力減弱，這將導致試樣的抗剪強度降低。破碎的顆粒會充填在試樣的孔隙中，鈣質砂試樣孔隙率的降低又將導致其抗剪強度升高，故試樣的抗剪強度最終會達到穩(wěn)定的狀態(tài)，這也是未加固試樣在較高豎向應力條件下表現(xiàn)出應變軟化現(xiàn)象的主要原因。

對MICP加固前后鈣質砂試樣的強度變化規(guī)律以及應變軟化現(xiàn)象進行分析可知，隨著環(huán)剪試驗過程中豎向應力的增加，MICP加固試樣與未加固試樣均會逐漸表現(xiàn)出明顯的應變軟化現(xiàn)象，但二者產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因不同。對于MICP加固試樣，在環(huán)剪試驗過程中出現(xiàn)明顯的應變軟化現(xiàn)象主要是由于其膠結結構發(fā)生破壞。對于未加固試樣，在較高豎向應力作用下鈣質砂顆粒發(fā)生破碎，從而使得試樣的抗剪強度降低，并表現(xiàn)出較明顯的應變軟化現(xiàn)象。

3 結論

對環(huán)剪儀上的剪切盒進行改進，并對改進的合理性進行分析。在MICP加固過程中，均采用剪切盒底部4孔進水、頂部出水的方式完成鈣質砂試樣的固化過程，分析了不同加固時間及豎向應力條件下MICP加固試樣的剪切特性，并與未加固試樣的環(huán)剪試驗結果進行了對比。主要結論如下：

1）與在儀器外部完成試樣固化過程的MICP加固方式相比，采用在環(huán)剪儀上直接完成微生物固化過程的方法試驗結果更準確，并可以獲得加固時間較短、強度相對較低的固化試樣，其試驗結果可以為實際工程施工提供指導。

2）隨著加固時間的增加，固化鈣質砂試樣的抗剪強度逐漸增大，但增長速率逐漸減緩。當加固時間達到36 h，加固后鈣質砂試樣的抗剪強度趨于穩(wěn)定，加固48 h后，試樣的抗剪強度能達到未加固試樣的1.8倍。

3）在較高豎向應力（75～125 kPa）條件下，MICP固化試樣與未加固試樣均會表現(xiàn)出較明顯的應變軟化現(xiàn)象，但二者產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因不同。

參考文獻：

[1]? XIAO Y， LIU H， XIAO P， et al. Fractal crushing of carbonate sands under impact loading [J].Géotechnique Letters， 2016， 6（3）： 199-204.

[2] 崔翔， 胡明鑒， 朱長歧， 等. 珊瑚砂三維孔隙微觀特性研究[J]. 巖土力學， 2020（11）： 3632-3640， 3686.

CUI X， HU M J， ZHU C Q， et al.Study on the microscopic characteristics of three-dimensional pores in coral sand [J]. Rock and Soil Mechanics， 2020（11）： 3632-3640， 3686.（in Chinese）

[3] 呂亞茹， 王沖， 黃厚旭， 等. 珊瑚砂細觀顆粒結構及破碎特性研究[J]. 巖土力學， 2021， 42（2）： 352-360.

LV Y R， WANG C， HUANG H X， et al. Study on particle structure and crushing behaviors of coral sand [J]. Rock and Soil Mechanics， 2021， 42（2）： 352-360. （in Chinese）

[4] 劉漢龍， 肖鵬， 肖楊， 等. 微生物巖土技術及其應用研究新進展[J]. 土木與環(huán)境工程學報（中英文）， 2019， 41（1）： 1-14.

LIU H L， XIAO P， XIAO Y， et al. State-of-the-art review of biogeotechnology and its engineering applications [J]. Journal of Civil and Environmental Engineering， 2019， 41（1）： 1-14. （in Chinese）40337452-CF39-4E08-A258-AE78B6224B83

[5] COOP M R， SORENSEN K K， BODAS FREITAS T， et al. Particle breakage during shearing of a carbonate sand [J]. Géotechnique， 2004， 54（3）： 157-163.

[6] 黃宏翔， 陳育民， 王建平， 等. 鈣質砂抗剪強度特性的環(huán)剪試驗[J]. 巖土力學， 2018， 39（6）： 2082-2088.

HUANG H X， CHEN Y M， WANG J P， et al. Ring shear tests on shear strength of calcareous sand [J]. Rock and Soil Mechanics， 2018， 39（6）： 2082-2088. （in Chinese）

[7] 張家銘， 張凌， 蔣國盛， 等. 剪切作用下鈣質砂顆粒破碎試驗研究[J]. 巖土力學， 2008， 29（10）： 2789-2793.

ZHANG J M， ZHANG L， JIANG G S， et al. Research on particle crushing of calcareous sands under triaxial shear [J]. Rock and Soil Mechanics， 2008， 29（10）： 2789-2793. （in Chinese）

[8] 張家銘， 張凌， 劉慧， 等. 鈣質砂剪切特性試驗研究[J]. 巖石力學與工程學報， 2008， 27（Sup1）： 3010-3015.

ZHANG J M， ZHANG L， LIU H， et al. Experimental research on shear behavior of calcareous sand [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2008， 27（Sup1）： 3010-3015. （in Chinese）

[9] 閆超萍， 龍志林， 周益春， 等. 鈣質砂剪切特性的圍壓效應和粒徑效應研究[J]. 巖土力學， 2020， 41（2）： 581-591， 634.

YAN C P， LONG Z L， ZHOU Y C， et al. Investigation on the effects of confining pressure and particle size of shear characteristics of calcareous sand [J]. Rock and Soil Mechanics， 2020， 41（2）： 581-591， 634. （in Chinese）

[10] WEI H Z， LI X X， ZHANG S D， et al. Influence of particle breakage on drained shear strength of calcareous sands [J]. International Journal of Geomechanics， 2021， 21（7）： （ASCE）GM.1943-5622.0002078.

[11] WHIFFIN V S， VAN PAASSEN L A， HARKES M P. Microbial carbonate precipitation as a soil improvement technique [J]. Geomicrobiology Journal， 2007， 24（5）： 417-423.

[12] KIM G， YOUN H. Microbially induced calcite precipitation employing environmental isolates [J]. Materials （Basel， Switzerland）， 2016， 9（6）： 468.

[13] VAN PAASSEN L A， GHOSE R， VAN DER LINDEN T J M， et al. Quantifying biomediated ground improvement by ureolysis： Large-scale biogrout experiment [J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering， 2010， 136（12）： 1721-1728.

[14] JIANG N J， SOGA K. The applicability of microbially induced calcite precipitation （MICP） for internal erosion control in gravel-sand mixtures [J].Géotechnique， 2017， 67（1）： 42-55.

[15] 郭紅仙， 李東潤， 馬瑞男， 等. MICP拌和固化鈣質砂一維固結試驗[J]. 清華大學學報（自然科學版）， 2019， 59（8）： 593-600.

GUO H X， LI D R， MA R N， et al. Oedometer test of calcareous sands solidified using the MICP mixing method [J]. Journal of Tsinghua University （Science and Technology）， 2019， 59（8）： 593-600. （in Chinese）40337452-CF39-4E08-A258-AE78B6224B83

[16] 彭劼， 田艷梅， 楊建貴. 海水環(huán)境下MICP加固珊瑚砂試驗[J]. 水利水電科技進展， 2019， 39（1）： 58-62.

PENG J， TIAN Y M， YANG J G. Experiments of coral sand reinforcement using MICP in seawater environment [J]. Advances in Science and Technology of Water Resources， 2019， 39（1）： 58-62. （in Chinese）

[17] 丁絢晨， 陳育民， 張鑫磊. 微生物加固鈣質砂環(huán)剪試驗研究[J]. 浙江大學學報（工學版）， 2020， 54（9）： 1690-1696， 1735.

DING X C， CHEN Y M， ZHANG X L. Experimental study on microbial reinforced calcareous sand using ring shear apparatus [J]. Journal of Zhejiang University （Engineering Science）， 2020， 54（9）： 1690-1696， 1735. （in Chinese）

[18] 張昆， 郭菊彬. 滑帶土殘余強度參數(shù)試驗研究[J]. 鐵道工程學報， 2007， 24（8）： 13-15， 26.

ZHANG K， GUO J B. Experimental research on the residual strength parameters of slip soils [J]. Journal of Railway Engineering Society， 2007， 24（8）： 13-15， 26. （in Chinese）

[19] BISHOP A W. Progressive failure with special reference to the mechanism causing it [C]//Proceedings of the Geotechnical Conference on the Shear Strength of Natural Soils and Pocks. Osli： Norwegian Geothchnical Institute， 1967： 142-150.

[20] ZHANG X L， CHEN Y M， LIU H L， et al. Performance evaluation of a MICP-treated calcareous sandy foundation using shake table tests [J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering， 2020， 129： 105959.

[21] 吳楊， 崔杰， 李能， 等. 島礁吹填珊瑚砂力學行為與顆粒破碎特性試驗研究[J]. 巖土力學， 2020， 41（10）： 3181-3191.

WU Y， CUI J， LI N， et al. Experimental study on the mechanical behavior and particle breakage characteristics of hydraulic filled coral sand on a coral reef island in the South China Sea [J]. Rock and Soil Mechanics， 2020， 41（10）：3181-3191. （in Chinese）

[22] 羅會武， 陳培帥， 陳衛(wèi)忠， 等. 不同顆粒級配鈣質砂剪切特性研究[J]. 河北工程大學學報（自然科學版）， 2018， 35（4）： 40-43， 50.

LUO H W， CHEN P S， CHEN W Z， et al. Experimental research on shear behavior of different particle gradation of calcareous sand [J]. Journal of Hebei University of Engineering （Natural Science Edition）， 2018， 35（4）： 40-43， 50. （in Chinese）

（編輯 王秀玲）

收稿日期：2021-07-05

基金項目：國家自然科學基金（52179101、51679072、41831282）

作者簡介：陳育民（1981- ），男，教授，博士生導師，主要從事土動力學與土工抗震研究，E-mail：ymch@hhu.edu.cn。

Received：2021-07-05

Foundation items：National Natural Science Foundation of China （No. 52179101，51679072， 41831282）

Author brief：CHEN Yumin （1981- ）， professor， doctorial supervisor， main research interests：soil dynamics and geotechnical earthquake engineering， E-mail：ymch@hhu.edu.cn.40337452-CF39-4E08-A258-AE78B6224B83