微生物材料改性在地基处理领域中的应用研究取得阶段性进展
发表日期:2021-09-22来源：
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自然环境下岩土体中存在着大量的微生物，其常规代谢活动会改变岩土体的物理、力学性质。微生物岩土技术，是主动利用和控制土源类微生物代谢反应解决岩土工程中问题的一种方法。作为一项新兴的交叉学科方向，由于其低碳、绿色环保等优点，在近些年里得到了非常快速的发展。从微生物反应原理的角度来说，微生物岩土技术所利用的微生物过程包括微生物矿化作用，微生物产气泡过程，以及微生物膜生长过程等。从实际应用的角度来说，微生物岩土技术的应用领域包括岩土体加固、防渗，砂土液化防治，土体抗侵蚀，污染土治理等。
中国科学院西北生态环境资源研究院（简称西北研究院）冻土工程国家重点实验室盛煜研究员团队彭尔兴助理研究员联合东南大学章定文教授团队，对微生物诱导气泡过程和微生物矿化作用改良土体物理力学特性进行了跟踪研究。研究人员成功将Pseudomonas stutzeri导入土体孔隙并诱导其产生氮气气泡（图1），分析了气泡介入对砂土力学特性和抗液化性能的影响机理（图2）。在上述研究基础上，西北研究院科研团队探索将成果应用于冻胀防治、盐渍土固化等领域，并已取得阶段性进展：（1）从降渗角度出发，将微生物诱导气泡过程引入土体冻胀处理方向，并进行了低温条件下微生物产气性能改良和粉土渗透特性研究，结果表明准饱和状态下少量封闭性气泡和微生物对水分迁移路径的共同封堵作用可将土体渗透系数降低1个数量级（图3）。（2）将微生物矿化作用引入治理西北地区的高氯盐含量盐渍土的突出问题，在获得良好固化效果的基础上从微观角度分析了氯盐对矿化过程的劣化机理，土体固化后强度可达2.9~4.5MPa（图4）。该研究成果可为微生物材料在岩土工程中的应用和绿色施工技术发展提供科学依据和理论支撑。
该研究获国家重点研发计划(2017YFC0405101）、国家自然科学基金项目（(51878158, 41901079）、西北研究院人才成长基金、冻土工程国家重点实验室自主研究课题和黄河水利科学研究院开放课题等项目共同资助。有关成果于2021年6月和8月分别发表在中科院TOP期刊Journal of Environmental Management（IF=6.789）、Journal of Cleaner Production（IF=9.297）上。西北研究院彭尔兴为论文第一作者，吴吉春、曹伟、丑亚玲、胡晓莹、宋力等人参与部分研究工作。
（责任编辑：陈治理）
图1 在土体孔隙内导入Pseudomonas stutzeri并诱导其产生氮气气泡
图2 含微生物气泡土体的抗液化性能
图3 含封闭气泡和微生物土体的渗透系数与饱和度之间的关系
图4 微生物矿化作用固化后土体的强度特征
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