劉東鷺，岳建偉，孔慶梅，趙麗敏，顧麗華，盧會(huì)芳

（河南大學(xué) 土木建筑學(xué)院，河南 開(kāi)封 475004）

粉質(zhì)黏土作為在黃河中下游地區(qū)廣為分布的一類土體，其穩(wěn)定性差、承載能力低等缺點(diǎn)給沿岸地區(qū)的工程建設(shè)造成了困難［1］。對(duì)粉質(zhì)黏土等土體地基加固的傳統(tǒng)方法一般有機(jī)械振搗壓實(shí)和人工合成材料灌漿［2］。陳雪松［3］使用高真空擊密法對(duì)粉質(zhì)黏土場(chǎng)地進(jìn)行了加固處理。閆續(xù)屏等［4］用超高能級(jí)強(qiáng)夯法處理了填海地基。劉飛禹等［5］和柴卓［6］分別使用陽(yáng)極灌漿法和雙液壓密灌漿法進(jìn)行了地基加固。然而，機(jī)械振搗壓實(shí)對(duì)土體有擾動(dòng)并破壞土體原本的結(jié)構(gòu)特征，灌漿法使用的灌漿材料往往難以滿足綠色環(huán)保的要求。

隨著人們對(duì)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境友好發(fā)展的日益重視，近年來(lái)微生物礦化技術(shù)（MICP）憑借環(huán)保、高效、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)始應(yīng)用于地基加固、土層修復(fù)等工程中。MICP實(shí)質(zhì)上是利用微生物可以在土體等多孔材料的孔隙中生長(zhǎng)、繁殖，借助環(huán)境中的尿素等有機(jī)物及鈣離子，通過(guò)新陳代謝誘導(dǎo)生成碳酸鈣沉淀，最終使材料得到加固。近年來(lái)關(guān)于MICP用于土體加固的研究日益增多。吳雨薇等［7］分析了MICP提高土體力學(xué)性能的原理。尹黎陽(yáng)等［8］總結(jié)了MICP改善巖土材料性能的影響因素。李明東等［9］對(duì)微生物改良土體的進(jìn)展及工程應(yīng)用進(jìn)行了研究和展望。Qabany等［10］和Chu J等［11］通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)檢測(cè)了MICP技術(shù)對(duì)砂土的固化效果。

礦化處理方法的選擇一直是MICP應(yīng)用的關(guān)鍵。目前，主流的處理方法為灌注、浸泡等。BARKOUKI T H等［12］發(fā)現(xiàn)間歇性灌漿可以有效改善加固土體的不均勻性。錢(qián)春香等［13］發(fā)現(xiàn)灌漿技術(shù)不僅施工擾動(dòng)小，而且可以顯著提高砂土的強(qiáng)度和剛度。趙茜［14］發(fā)現(xiàn)浸泡法能較好地改善砂土加固的均勻性。然而，灌漿法適用于孔隙較大、滲透系數(shù)較大、整體較松散的砂土，對(duì)于黏土、粉質(zhì)黏土等孔隙較小、滲透系數(shù)不高的土體來(lái)說(shuō)，灌漿法的加固效果不佳且難以控制［15］。浸泡法僅適用于純砂土，當(dāng)砂土中粉粒的含量?jī)H為5%時(shí)，經(jīng)過(guò)浸泡礦化處理后，其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度會(huì)降至零［9］，可見(jiàn)浸泡法不宜用于粉粒含量較高的粉質(zhì)黏土。鑒于傳統(tǒng)礦化方法對(duì)于粉質(zhì)黏土的處理存在種種弊端，尋求一種可用于粉質(zhì)黏土的新型礦化處理方式是當(dāng)前需要解決的問(wèn)題。為此，筆者提出在負(fù)壓作用下對(duì)粉質(zhì)黏土進(jìn)行微生物礦化處理，并對(duì)自然礦化和未礦化處理的土樣進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，研究了最佳處理方法。

1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

1.1 試驗(yàn)用土的性質(zhì)

試驗(yàn)用土取自開(kāi)封某工地。據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，開(kāi)封地區(qū)粉質(zhì)黏土滲透系數(shù)為6×10-5～1×10-4cm／s，細(xì)菌可以在土中存活、遷移，但是液體難以在土中滲透，因此在礦化處理時(shí)施加一定的負(fù)壓來(lái)促進(jìn)菌液的流動(dòng)，以改善礦化效果。通過(guò)顆粒比重試驗(yàn)、液塑限試驗(yàn)、輕型擊實(shí)試驗(yàn)等確定了試驗(yàn)用土的物理性質(zhì)參數(shù)（見(jiàn)表1），并繪制了顆粒級(jí)配曲線（見(jiàn)圖1）。

表1 試驗(yàn)用土的物理性質(zhì)參數(shù)

圖1 試驗(yàn)用土的顆粒級(jí)配曲線

1.2 細(xì)菌的培育

本次試驗(yàn)使用的菌株為巴氏芽孢桿菌（Sporosarcina pasteurii），購(gòu)置于上海保藏生物技術(shù)中心。以10 g／L的蛋白胨、5 g／L的酵母浸粉、10 g／L的氯化鈉混合配制培養(yǎng)基，用濃度為1 mol／L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至9.0，裝入錐形瓶?jī)?nèi)；在溫度120℃下高壓滅菌20 min后，取出至無(wú)菌超凈臺(tái)；將活化后的菌液接種至培養(yǎng)基，接種量為培養(yǎng)基的10%；在溫度為30℃、振蕩頻率為170 r／min的THZ-C恒溫振蕩培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h。

1.3 膠結(jié)液的配置

試驗(yàn)所用的膠結(jié)液為尿素和氯化鈣溶液的混合液。尿素是MICP處理過(guò)程中必要的反應(yīng)物，細(xì)菌產(chǎn)生的脲酶可水解尿素生成銨根離子，并與溶液中作為鈣源的氯化鈣溶液發(fā)生反應(yīng)，生成碳酸鈣沉淀。在膠結(jié)液中加入適量的稀鹽酸和NaOH溶液，將其pH值調(diào)至8.0。

1.4 直剪試驗(yàn)儀器和負(fù)壓試驗(yàn)設(shè)備

直剪試驗(yàn)采用北京華勘科技責(zé)任有限公司生產(chǎn)的PPS四聯(lián)直剪儀。該直剪儀為全自動(dòng)控制，能實(shí)現(xiàn)勻速剪切。設(shè)定剪切速率為0.8 mm／min，對(duì)各組土樣分別施加50、100、150、200 kPa的法向應(yīng)力，剪切位移為6 mm時(shí)自動(dòng)結(jié)束試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程參照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T 50123—2019）。

負(fù)壓作用下礦化試驗(yàn)采用的特殊加壓模具用不銹鋼制作，內(nèi)徑為61.8 mm，外徑為66.8 mm，內(nèi)部深度為30 mm，底部厚度為16.5 mm，底部裝著一個(gè)型號(hào)為3分外絲×8 mm的長(zhǎng)柄球閥門(mén)。用硬質(zhì)橡膠管連接壓力缸、抽壓泵和負(fù)壓模具。負(fù)壓試驗(yàn)設(shè)備示意見(jiàn)圖2。

圖2 負(fù)壓試驗(yàn)設(shè)備示意

2 試驗(yàn)方法

2.1 微生物的數(shù)量與活性、時(shí)間關(guān)系試驗(yàn)

菌液中細(xì)菌的數(shù)量對(duì)礦化效果影響較大，而在pH值、溫度等條件一定的前提下，生長(zhǎng)時(shí)間決定了細(xì)菌數(shù)量。劉冬等［16］對(duì)巴氏芽孢桿菌最宜培養(yǎng)時(shí)間進(jìn)行了研究。Chou等［17］研究發(fā)現(xiàn)高濃度菌液下的礦化效果優(yōu)于低濃度菌液。為了研究巴氏芽孢桿菌在培育過(guò)程中的數(shù)量和尿素分解能力的變化過(guò)程，分別取2、4、6、8、10、12、18、24、30、36、42、48 h這12個(gè)時(shí)間點(diǎn)記錄菌液在波長(zhǎng)為600 nm下的光密度值（OD600）和35℃下的電導(dǎo)率值。

菌液中微生物濃度Y計(jì)算公式［18］為

OD600小于0.2時(shí)不計(jì)算微生物濃度，OD600大于0.8時(shí)需要稀釋菌液再進(jìn)行計(jì)算。

脲酶活性用電導(dǎo)率法來(lái)測(cè)定。在溫度35℃下，將1 mL待測(cè)菌液和9 mL的尿素溶液（濃度為1.11 mol／L）充分混合，測(cè)定每分鐘電導(dǎo)率變化量（S／（m·min））。根據(jù)Whiffin［19］的研究成果，1 S／（m·min）的電導(dǎo)率變化對(duì)應(yīng)11 mM urea hydrolysed／min的尿素水解量（對(duì)于稀釋后的菌液需再乘以稀釋倍數(shù)），得到菌液每分鐘尿素水解量，以此表示脲酶活性。脲酶活性除以O(shè)D600值，得到單位脲酶活性［14］。

2.2 菌膠比和膠結(jié)液濃度試驗(yàn)

菌液、膠結(jié)液的比例和膠結(jié)液濃度對(duì)碳酸鈣生成量和礦化效果影響很大［20-21］。筆者設(shè)計(jì)不同的菌膠比和膠結(jié)液濃度，測(cè)定礦化反應(yīng)后碳酸鈣的生成量，最終得到最優(yōu)菌膠比和最佳膠結(jié)液濃度。

設(shè)計(jì)每組試驗(yàn)中菌液和膠結(jié)液的總體積為25 mL，菌液和膠結(jié)液的體積比分別為3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7，其中每種菌膠比再設(shè)置5個(gè)膠結(jié)液濃度，分別為0.5、0.75、1、1.25、1.5 mol／L，共45種試驗(yàn)工況。將混合液加入試管，充分搖勻后靜置24 h，使沉淀和清液分離。除去上層清液，用過(guò)量稀鹽酸溶解沉淀，使其釋放出游離鈣離子。用EDTA滴定法檢測(cè)鈣離子體積分?jǐn)?shù)，測(cè)試方法參照《水質(zhì) 鈣的測(cè)定 EDTA滴定法》（GB 7476—87）。利用鈣離子的體積分?jǐn)?shù)計(jì)算碳酸鈣的質(zhì)量，進(jìn)而得到最優(yōu)菌膠比以及最佳膠結(jié)液濃度。

2.3 負(fù)壓作用下礦化試驗(yàn)和直剪試驗(yàn)

根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)勘查報(bào)告確定試驗(yàn)土樣的基本參數(shù)。由于含水率對(duì)土的抗剪強(qiáng)度有較大影響［22］，因此制樣過(guò)程中要保證每個(gè)土樣的含水率一致。每個(gè)土樣含水率為15%，干密度為1.6 g／cm3，孔隙率為41.17%，孔隙體積為24.685 cm3。為了保證礦化效果，每個(gè)土樣滴注的液體體積為25 mL。

根據(jù)上述參數(shù)制作2組環(huán)刀土樣，每組4個(gè)，分別滴注25 mL的水、菌液和膠結(jié)液的混合液（以下稱礦化液，最優(yōu)菌膠比和最佳膠結(jié)液濃度由2.2節(jié)的試驗(yàn)結(jié)果得到），滴注完畢后靜置10 min，對(duì)土樣進(jìn)行密封，置于封閉陰涼環(huán)境下養(yǎng)護(hù)3 d。2組土樣中，一組未進(jìn)行礦化處理，試驗(yàn)組號(hào)為T(mén)1；另一組進(jìn)行自然礦化處理，試驗(yàn)組號(hào)為T(mén)2。

同樣在加壓模具內(nèi)制作5組土樣，每組4個(gè)，設(shè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為Pa，設(shè)計(jì)5個(gè)負(fù)壓值，分別為（0.4～0.5）Pa、（0.5～0.6）Pa、（0.6～0.7）Pa、（0.7～0.8）Pa、（0.8～0.9）Pa；將裝著土樣的模具與抽壓泵連接，并將抽壓泵調(diào)節(jié)至所需的負(fù)壓值，在抽壓過(guò)程中往土樣上表面連續(xù)滴注25 mL的礦化液；若下方橡膠管內(nèi)出現(xiàn)液體或者試樣出現(xiàn)損壞，則停止抽壓，關(guān)閉閥門(mén)，滴完剩余礦化液，以保證每個(gè)土樣內(nèi)滴加液體的質(zhì)量一致；然后靜置10 min，將土樣密封并置于封閉環(huán)境下養(yǎng)護(hù)3 d。這5組土樣對(duì)應(yīng)上述5個(gè)負(fù)壓進(jìn)行礦化處理，試驗(yàn)組號(hào)為T(mén)3～T7。

試驗(yàn)結(jié)束后，在相同情況下進(jìn)行了重復(fù)驗(yàn)證性試驗(yàn)，確保試驗(yàn)可靠。養(yǎng)護(hù)時(shí)間結(jié)束后，對(duì)土樣進(jìn)行脫模。通過(guò)直剪試驗(yàn)檢測(cè)各個(gè)分組土樣的抗剪強(qiáng)度。試驗(yàn)數(shù)據(jù)由配套軟件自動(dòng)采集，通過(guò)Origin擬合得到法向應(yīng)力—抗剪強(qiáng)度圖，進(jìn)而得到黏聚力和內(nèi)摩擦角。

2.4 碳酸鈣分布檢測(cè)試驗(yàn)

負(fù)壓作用的影響可以通過(guò)碳酸鈣沉淀在土樣內(nèi)的分布情況來(lái)說(shuō)明。用酸洗法來(lái)測(cè)定碳酸鈣質(zhì)量。將T2組到T7組的第一個(gè)土樣平均分為上、中、下三部分，稱重后放入溫度105℃的烘箱內(nèi)烘干。對(duì)烘干的土樣進(jìn)行稱重，然后加入過(guò)量稀鹽酸攪拌，反應(yīng)完全后用大量的清水沖洗。重復(fù)上述步驟直至加入稀鹽酸后沒(méi)有氣體逸出。烘干后稱量土樣，計(jì)算損失質(zhì)量，得到碳酸鈣的質(zhì)量。

2.5 微觀電鏡觀察試驗(yàn)

土樣的力學(xué)性能和其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，對(duì)土樣進(jìn)行微觀電鏡觀察試驗(yàn)有助于解釋宏觀力學(xué)性能提高的原因。直剪試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)各個(gè)試驗(yàn)分組中的第2個(gè)土樣的剪切面中心位置進(jìn)行取樣，并將其碾碎烘干。通過(guò)S2700掃描電鏡，在放大1 000倍和5 000倍的情況下觀察土樣內(nèi)碳酸鈣沉淀的形態(tài)和分布情況。

3 結(jié)果與討論

3.1 微生物的數(shù)量與活性數(shù)據(jù)分析

細(xì)菌生長(zhǎng)曲線和脲酶活性曲線如圖4所示?？梢?jiàn)，在前10 h時(shí)間內(nèi)，細(xì)菌數(shù)量增長(zhǎng)較為緩慢；從10 h到30 h，細(xì)菌新陳代謝和分裂生長(zhǎng)速度加快，數(shù)量呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)；30 h后，細(xì)菌進(jìn)入生長(zhǎng)穩(wěn)定階段，總體數(shù)量趨于穩(wěn)定。脲酶活性與細(xì)菌數(shù)量的變化趨勢(shì)相似。隨著細(xì)菌數(shù)量的增多，脲酶活性也在逐漸上升并在18 h后趨于穩(wěn)定。單位脲酶活性在6 h左右出現(xiàn)峰值，之后便隨著細(xì)菌數(shù)量和脲酶活性的上升而減小，與趙茜［14］得到的結(jié)果一致，具體原因尚無(wú)法得知。相較于單位脲酶活性，菌液脲酶活性即菌液水解尿素的能力更重要。綜合圖像分析，選用培養(yǎng)時(shí)間為24～48 h的菌液為宜。

圖4 細(xì)菌生長(zhǎng)曲線和脲酶活性曲線

3.2 最優(yōu)菌膠比和最佳膠結(jié)液濃度數(shù)據(jù)分析

不同菌膠比和膠結(jié)液濃度下碳酸鈣沉淀量如圖5所示，在菌膠比從3∶1減小到1∶7的過(guò)程中，碳酸鈣沉淀量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，并且在菌膠比為1∶7處減至幾乎為零。除了膠結(jié)液濃度為0.75 mol／L的情況，其他試驗(yàn)結(jié)果皆在菌膠比為1∶1時(shí)達(dá)到碳酸鈣沉淀量的峰值。本次試驗(yàn)?zāi)z結(jié)液濃度為1.5 mol／L、菌膠比為1∶1時(shí)碳酸鈣沉淀量達(dá)到最大值，為1.3 g。然而，通過(guò)計(jì)算可知理論上碳酸鈣最大沉淀量為2.08 g，雖然該結(jié)果與理論值差值較大，但是仍具有參考價(jià)值。

圖5 不同菌膠比和膠結(jié)液體積分?jǐn)?shù)下碳酸鈣沉淀量

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，最優(yōu)菌膠比取1∶1，最佳膠結(jié)液濃度為1.5 mol／L。

3.3 負(fù)壓作用下礦化試驗(yàn)和直剪試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

各試驗(yàn)分組的法向應(yīng)力—抗剪強(qiáng)度關(guān)系如圖6所示，黏聚力和內(nèi)摩擦角如圖7所示?？梢?jiàn)，T3～T6組土樣的黏聚力和內(nèi)摩擦角都隨所加負(fù)壓值的增大而增大。但是對(duì)比T6組和T7組可以看出，當(dāng)負(fù)壓值繼續(xù)增大時(shí)，黏聚力和內(nèi)摩擦角非但沒(méi)有增大，反而分別減小了7.94%和9.25%。相比于未進(jìn)行礦化處理的T1組，T2組黏聚力和內(nèi)摩擦角分別增大了22.85%和13.04%，而T6組增大了87.14%和48.74%?？梢?jiàn)，自然礦化處理下粉質(zhì)黏土的力學(xué)性能提升有限，但是施加了適當(dāng)?shù)呢?fù)壓作用后，礦化效果得到較大改善，力學(xué)性能明顯提高。相比于自然礦化處理的T2組，T6組土樣黏聚力和內(nèi)摩擦角分別增大了52.32%和31.58%，而T3組土樣僅增大了4.18%和8.25%?？梢?jiàn)，所施加的負(fù)壓大小不同，礦化效果有著明顯的差異。

圖6 各試驗(yàn)分組的法向應(yīng)力—抗剪強(qiáng)度關(guān)系

圖7 各試驗(yàn)分組的黏聚力和內(nèi)摩擦角

分析全部試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，自然礦化處理的T2組土樣抗剪強(qiáng)度提升效果不佳，這是因?yàn)榉圪|(zhì)黏土的土顆粒粒徑較小，孔隙也較小，滲透性較差，所以在滴注過(guò)程中大量的菌液和膠結(jié)液聚集在土樣上表面而無(wú)法迅速進(jìn)入其內(nèi)部，從而使碳酸鈣沉淀的生成、土顆粒的膠結(jié)乃至填充等一系列礦化作用只在其表面和上半部分進(jìn)行，土樣內(nèi)部的力學(xué)性能并未得到有效提升。而當(dāng)土樣所加負(fù)壓較小時(shí)，如T3組，聚集在土樣表面的菌液和膠結(jié)液難以受到來(lái)自土樣底部的負(fù)壓作用，不易進(jìn)入土樣內(nèi)部，使得微生物的礦化效果無(wú)法在土樣內(nèi)部大范圍顯現(xiàn)，其力學(xué)性能相比于自然礦化處理的土樣提升有限。在負(fù)壓增大過(guò)程中，隨著土樣內(nèi)壓強(qiáng)的增大，更多的菌液和膠結(jié)液不斷深入土樣內(nèi)部并進(jìn)行礦化反應(yīng)，產(chǎn)生碳酸鈣沉淀，填充了土顆粒之間的孔隙。同時(shí)，土樣本身在負(fù)壓作用下還會(huì)產(chǎn)生緊縮效應(yīng)，土顆粒之間的孔隙縮小，土樣整體變得更加密實(shí)，所以抗剪強(qiáng)度明顯提高。然而，過(guò)大的負(fù)壓對(duì)土樣的力學(xué)性能起到了副作用，如T7組的抗剪強(qiáng)度相比T6組的降低，原因是過(guò)大的負(fù)壓對(duì)土樣本身造成了破壞。從試驗(yàn)結(jié)束后土樣的外觀特征可見(jiàn)，相比于其他組，T7組土樣的邊緣作為比較薄弱的部位發(fā)生了破壞。土樣表面的液體在被快速吸入內(nèi)部的同時(shí)，土顆粒之間較為薄弱的部分也因過(guò)大的負(fù)壓而破壞，顆粒間孔隙瞬間擴(kuò)大，在宏觀上的表現(xiàn)就是出現(xiàn)裂縫。在負(fù)壓作用下礦化液快速通過(guò)裂縫的過(guò)程中造成了侵蝕，從而進(jìn)一步降低了土樣的力學(xué)性能。

3.4 碳酸鈣分布測(cè)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

各試驗(yàn)分組土樣不同部位的碳酸鈣沉淀量如圖8所示。從T2組到T7組，隨著礦化過(guò)程中施加的負(fù)壓增大，土樣上部的碳酸鈣沉淀量減小，下部的碳酸鈣沉淀量增大，而中部的碳酸鈣沉淀量在T6組發(fā)生先增大后減小的變化。土樣中部碳酸鈣沉淀量的變化規(guī)律與黏聚力變化規(guī)律基本一致。這是因?yàn)橹奔粼囼?yàn)的剪切部位為土樣中部，所以中部的碳酸鈣沉淀分布越多、越密集，土顆粒孔隙的填充和膠結(jié)效果越好，土樣抗剪強(qiáng)度越高。這也就解釋了T6組抗剪強(qiáng)度大于T7組，同時(shí)T6組中部碳酸鈣沉淀量大于T7組的原因。

負(fù)壓作用對(duì)微生物礦化的均勻性也有較好的改善效果。由圖8可知：T3組到T7組的各部位碳酸鈣沉淀量的差值明顯小于自然礦化的T2組；在T3組到T7組中，T5組的土樣均勻性最好，優(yōu)于抗剪強(qiáng)度最高的T6組。

圖8 各試驗(yàn)分組土樣不同部位碳酸鈣沉淀量

3.5 微觀電鏡下碳酸鈣沉淀形態(tài)分布觀察

通過(guò)微觀電鏡圖片來(lái)解釋負(fù)壓作用下微生物礦化技術(shù)原理。圖9～圖11分別是自然礦化處理的T2組、負(fù)壓作用下礦化效果不佳的T3組和負(fù)壓作用下礦化效果最好的T6組土樣的電鏡圖片。

圖9 T2組土樣掃描電鏡圖片

圖10 T3組土樣掃描電鏡圖片

圖11 T6組土樣掃描電鏡圖片

T2組土樣放大1 000倍可見(jiàn)，土顆粒表面上有數(shù)量稀少、分布零散的碳酸鈣沉淀，同時(shí)土顆粒之間還有較大的孔隙，彼此之間并不緊密。查閱文獻(xiàn)可知，礦化作用產(chǎn)生的碳酸鈣晶體一般有方解石、球霰石和文石［23］3種晶相，其中方解石在自然界中分布最為廣泛，性質(zhì)最為穩(wěn)定，形態(tài)主要呈菱形、柱形及球形。T2組土樣放大5 000倍可見(jiàn)，生成的碳酸鈣晶體形狀不規(guī)則，有棱角，可判斷為方解石晶體。

T3組土樣放大1 000倍可見(jiàn)，其土顆粒分布相比于T2組略為緊密，中間膠結(jié)了數(shù)量可觀的方解石晶體；放大5 000倍可見(jiàn)，方解石晶體的形狀與彭劼等［21］在試驗(yàn)中觀察到的（如圖12所示）比較相似。

圖12 彭劼等觀察到的方解石晶體

T6組土樣放大1 000倍可見(jiàn)：一方面適當(dāng)?shù)呢?fù)壓作用對(duì)土樣有壓縮作用，土顆粒之間的孔隙比T2組、T3組的更小，彼此之間更緊密，土樣整體變得更加密實(shí)，這在宏觀上則是土樣的力學(xué)性能提升的表現(xiàn)；另一方面，礦化液在負(fù)壓作用下迅速進(jìn)入土樣內(nèi)部，而不僅僅是在其表面或者上半部分發(fā)生礦化反應(yīng)，生成大量的方解石晶體。其放大5 000倍可見(jiàn)，方解石晶體在土顆粒間孔隙中不斷產(chǎn)生、堆積，使得原本未接觸的土顆粒連接在一起，起到了填充和膠結(jié)的作用，進(jìn)一步解釋了力學(xué)性能提高的原因。

4 結(jié) 語(yǔ)

利用微生物礦化技術(shù)研究了不同負(fù)壓作用下微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀加固粉質(zhì)黏土的可行性和效果，并對(duì)影響因素進(jìn)行了分析，得到以下結(jié)論。

（1）在負(fù)壓作用下微生物礦化技術(shù)加固粉質(zhì)黏土是可行的。負(fù)壓作用下微生物礦化處理的土樣相比于自然礦化處理的土樣，黏聚力提高4.18%～52.32%，內(nèi)摩擦角增大8.25%～31.58%。

（2）負(fù)壓的大小對(duì)土樣的礦化效果影響較大。在最佳負(fù)壓（0.7～0.8）Pa作用下微生物礦化處理粉質(zhì)黏土效果最好。負(fù)壓值過(guò)大或者過(guò)小均達(dá)不到最佳效果。

（3）適當(dāng)?shù)呢?fù)壓作用可以顯著改善土樣礦化的均勻性，礦化均勻性對(duì)土樣的抗剪強(qiáng)度有重要影響。

（4）由微觀電鏡圖片可以看出，最佳負(fù)壓（0.7～0.8）Pa作用下礦化處理的土樣相比于自然礦化處理和其他負(fù)壓下礦化處理的土樣，不僅礦化效果更突出，產(chǎn)生的方解石晶體數(shù)量更多、分布更為密集，而且對(duì)土顆粒本身起到了壓縮作用，使土顆粒更密實(shí)。