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第 18 卷 第 6 期 中国水利水电科学研究院学报 Vol.18 No.6
2020 年 12 月 Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research December，2020

文章编号：1672-3031（2020）06-0486-08

营养液浓度和微生物活性对 MICP 固化淤泥质土强度的影响

王子文，魏 然，蔡 红，肖建章，吴帅峰
（中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点试验室，北京 100048）

摘要：用微生物成因碳酸钙良好胶结能力来改善砂土性质得到了越来越多的关注，由于淤泥质土特殊的化学组成
及工程性质，对于微生物法用于淤泥质土的固化人们还知之甚少。本文基于 MICP 技术，考虑不同营养液浓度、
不同微生物浓度和脲酶活性等多种工况，对低渗透性的固化淤泥质土开展了系统的抗剪强度分析，深入探讨了微
生物固化淤泥质土的抗剪强度影响因素。结果表明：选用高酶活微生物来固化淤泥质土，固化后抗剪强度有明显
提高，与未固化淤泥质土相比，内摩擦角提高 3.96~5.52 倍，抗剪强度在养护初期就有较快提高；随着营养液浓
度不断增加，内摩擦角表现为先增大后减小，最大可达 28.10°；采用拌合法更适用于 MICP 固化淤泥质土。
关键词：MICP；淤泥质土；固化；强度
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中图分类号：TV42 3 文献标识码：A doi：10.13244/j.cnki.jiwhr.20190225

1 研究背景

微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术是一种改进岩土工程性质的前沿技术，基本原理是特定微生
物利用周围尿素等有机物以及钙离子源， 较快生成具有胶凝性质的碳酸钙，基于该技术的微生物灌
［5］
浆方法在砂土等材料中已经进行了较为深入的研究 ［1-4］ ，如 Dejong 等 通过试验发现经过微生物处理
［6］
后的砂土具有较高的初始剪切刚度，抗剪强度也有明显提高；Whiffin 研究了不同离子浓度对微生物
［7］
脲酶活性的影响，经过微生物灌浆的砂土抗剪强度达到 1.80 MPa；Van der Ruyt 等 通过试验得出采
［8］
用 MICP 技术可提高砂土抗剪切和抗侵蚀能力，还降低了砂土液化可能性；程晓辉等 通过标准动三
［9］
轴及振动台试验，表明微生物灌浆加固液化砂土的抗液化和动力性能有了明显提升；夏璐等 针对砂
柱微生物堵塞过程进行渗流试验，确定了造成含水介质微生物堵塞的优势菌群；Okwadha 等 ［10］ 研究了
微生物数量对 MICP 过程的影响，表明随着微生物浓度增大，尿素分解率呈线性增加；赵茜 ［11］ 发现氯
化钙 CaCl 和尿素 CO（NH ） 浓度为 0~1.50 mol/L 时，随营养液浓度的提高，碳酸钙生成量明显增加，
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当营养液浓度超过 1.50 mol/L 时，高盐浓度对微生物活性具有抑制作用从而导致碳酸钙生成量迅速下
降；余清鹏等 ［12］ 试验得到钙离子浓度为 1.00 mol/L，尿素浓度为 2.00 mol/L 时，砂柱的结晶体均匀致
密，灌浆效果较好；王绪民等 ［13］ 开展营养盐浓度对胶结砂试样物理力学特性研究表明营养盐浓度在
0.50 mol/L 时试样强度提高效果最好。
MICP 技术用于砂土加固中为了达到较好的加固效果，一般采用灌注法和泵送法来多次输送微生
物和营养液，应用中对于微生物的数量和活性、营养液浓度没有明确的标准；此外，淤泥质土矿物
成分复杂，主要以伊利石和蒙脱石为主，具有黏粒含量高，结构松散、颗粒细小、含水量高，渗透性
弱的特点，使得采用 MICP 技术固化淤泥质土更为困难，需要更为精准微生物的选取和营养液浓度。
基于此，本文在借鉴砂土固化的相关研究成果基础上，将菌液、淤泥质土和营养盐直接拌合，
通过改变二水氯化钙 CaCl·2H O 和尿素 CO（NH ）组成的营养液浓度，对比分析了营养盐浓度、菌液
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酶活、龄期对淤泥质土固化强度的影响因素，为 MICP 技术在淤泥质土固化中的应用积累研究经验。

收稿日期：2019-12-26；网络首发时间：2020-12-09
网络首发地址：https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.5020.TV.20201207.1456.005.html
基金项目：中国电建股份科技项目（DJ-ZDXM-2015-12）；中国水科院基本科研项目（GE0145B512016）
作者简介：王子文（1991-），博士生，主要从事微生物固化淤泥质土研究。E-mail：791912970@qq.com
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