談葉飛　謝興華　吳濤　吳時強　盧斌

摘要：滲漏和坡岸崩塌是水利工程中常見病害，直接威脅工程運行安全。通過對4種不同粒徑砂柱進行生物固結試驗表明，生物固結方法能快速大幅度降低多孔介質滲透性，粒徑較大的砂柱內部具有良好的營養(yǎng)物質輸送通道，滲透系數(shù)下降速率相對較高。剪切試驗結果表明，經生物固結處理后砂柱的抗剪強度有了明顯提升，但未發(fā)現(xiàn)強度變化與砂樣粒徑之間存在任何明顯的內在聯(lián)系。由此可見，砂樣強度的提高與鈣質沉積的個體差異有關，同時強度的提高不僅和鈣質沉積量有關，也與砂粒之間的膠結形式相關。微觀研究結果表明，小粒徑砂柱與大粒徑砂柱內部鈣質沉積形式有著顯著差異，相對小粒徑砂柱而言，鈣質沉積在大粒徑砂柱表面的分布較為凌亂，并非均勻附著。EDS能譜儀分析結果表明，砂柱內部固結物質主要成分為碳酸鈣，并附有少量其他雜質。

關鍵詞：微生物固結；砂柱；滲透系數(shù)；抗剪強度

1研究背景

滲漏和坡岸崩塌是水利工程中常見病害，滲漏通常會造成水資源污染、浪費甚至造成堤防岸坡破壞，而坡岸崩塌是水庫或堤防工程安全最直接的威脅。水利工程出現(xiàn)滲漏或邊坡崩塌的因素很多，工程材料本身缺陷是造成滲漏或崩塌的重要因素之一。傳統(tǒng)的加固方式雖然有各自的優(yōu)點，但也存在諸如施工成本高昂、維修維護困難等缺點。采取傳統(tǒng)的注入水泥漿或特殊化學材料等方法，通常存在施工成本高、注漿位置難以控制以及易對環(huán)境造成破壞等缺點。僅1974年日本就發(fā)生了5起因化學水泥漿污染地下水源而導致的中毒事件。

生物固結是微生物繁殖及新陳代謝過程中的一種自然現(xiàn)象，通常伴隨著復雜的生物、化學過程，是廢水處理、地下水人工回灌、含水層原位生物修復等工程中常需考慮的實際問題。利用微生物的這些特征對土體進行固結處理，是目前國外剛剛出現(xiàn)的一種新型加固技術。該技術的主要原理是，通過向地下土體中注入適量的營養(yǎng)物質及礦物質，激發(fā)地下土體或裂隙中的細菌活性，使其大量繁殖，通過細菌對尿素的水解作用產生碳酸根離子，并與鈣離子結合形成鈣質沉積，經過一段時間會逐漸固化并堵塞土體顆粒問的孔隙，從而達到降低土體滲透系數(shù)并增加土體強度的目的。整個作用過程十分復雜，但主要作用步驟如下：