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不同处理工艺下微生物对岩石裂缝加固效果影响

单治钢 周楠 侯王相 陈琦 寇海磊

单治钢,周楠,侯王相,等. 不同处理工艺下微生物对岩石裂缝加固效果影响[J]. 水利水运工程学报,2022(6):69-77. doi:  10.12170/20211111003
引用本文: 单治钢,周楠,侯王相,等. 不同处理工艺下微生物对岩石裂缝加固效果影响[J]. 水利水运工程学报,2022(6):69-77. doi:  10.12170/20211111003
(SHAN Zhigang, ZHOU Nan, HOU Wangxiang, et al. Effect of microorganism on rock crack reinforcement under different treatment technologies[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(6): 69-77. (in Chinese)) doi:  10.12170/20211111003
Citation: (SHAN Zhigang, ZHOU Nan, HOU Wangxiang, et al. Effect of microorganism on rock crack reinforcement under different treatment technologies[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(6): 69-77. (in Chinese)) doi:  10.12170/20211111003

不同处理工艺下微生物对岩石裂缝加固效果影响

doi: 10.12170/20211111003
基金项目: 国家自然科学基金项目资助(52171282)
详细信息
    作者简介:

    单治钢(1965—),男,浙江东阳人,正高级工程师,主要从事水利水电工程地质和岩土工程勘察研究与工程实践。E-mail:shan_zg@hdec.com

    通讯作者:

    寇海磊(E-mail:hlkou@ouc.edu.cn

  • 中图分类号: TU455

Effect of microorganism on rock crack reinforcement under different treatment technologies

  • 摘要: 随着微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术在岩石裂缝修复领域研究的深入,该技术在实际工程中的应用也日渐广泛。为深入研究不同处理工艺条件、胶结液浓度对MICP技术加固岩石裂缝效果的影响,采用蠕动泵注浆和浸泡灌浆两种不同工艺对岩石裂缝加固进行室内试验,确定最优微生物加固岩石裂缝工艺。经试验得出最优的处理工艺条件参数,并在此基础上开展不同胶结液浓度(0.5、0.7和1.0 mol/L)条件下微生物浸泡灌浆加固岩石裂缝试验,进行胶结液浓度对加固效果影响的量化分析。结果表明:相同胶结液浓度条件下,蠕动泵注浆工艺和浸泡灌浆工艺加固岩石裂缝后界面抗剪强度分别为0.28和0.89 kPa,后者约为前者的3.2倍;浸泡灌浆处理工艺条件下胶结液浓度对加固后岩石试样界面抗剪强度影响显著,随着胶结液浓度的增大,加固与未加固裂缝界面黏聚力的比值呈线性增长。不同形状岩样的试验结果表明,圆柱体岩样加固后裂缝界面黏聚力增长速度要明显高于长方体岩样。
  • 图  1  试验用岩样

    Figure  1.  Rock samples for testing

    图  2  蠕动泵注浆试验

    Figure  2.  Diagram of peristaltic pump grouting

    图  3  浸泡灌浆试验过程

    Figure  3.  Immersion grouting test process

    图  4  改造后应变控制式电动直剪仪

    Figure  4.  Modified strain controlled electric direct shear instrument

    图  5  不同岩样情况对比

    Figure  5.  Comparison of different rock samples

    图  6  蠕动泵注浆与浸泡灌浆试样界面剪切强度

    Figure  6.  Interfacial shear strength between peristaltic pump grouting and immersion grouting samples

    图  7  注浆岩样菌液流动示意

    Figure  7.  Flow diagram of rock sample bacteria fluid during grouting

    图  8  圆柱体试样剪应力-位移关系曲线

    Figure  8.  Shear stress-shear displacement relation curve of cylinder sample

    图  9  长方体试样剪应力-位移关系曲线

    Figure  9.  Shear stress-shear displacement relation curve of cuboid sample

    图  10  岩样的剪应力峰值与法向应力关系曲线

    Figure  10.  Relation curve of peak shear stress and normal stress of rock samples

    图  11  裂缝界面黏聚力c随胶结液浓度变化

    Figure  11.  Variation of interfacial cohesion of dimensionless fractures with concentration of cementing fluid

    图  12  界面碳酸钙沉淀形态电镜扫描

    Figure  12.  SEM of interface calcium carbonate precipitation morphology

    表  1  试样信息汇总

    Table  1.   Summary of sample information

    试样试验方法
    及目的
    试样编号胶结液浓度/
    (mol·L−1)
    注浆方式
    圆柱体,竖向裂缝,高度为
    100 m,直径
    50 mm
    万能试验机,比较蠕动泵注浆与浸泡注浆两种工艺的修复
    效果
    A1-0.5-R 0.5 蠕动泵注浆
    A2-0.5-R
    A3-0.5-R
    A4-0.5-G 0.5 浸泡灌浆
    A5-0.5-G
    A6-0.5-G
    圆柱体,水平裂缝,高度为
    48 mm,直径
    50 mm
    应变控制式电动直剪仪,比较不同胶结液浓度对岩石裂缝修复效果的
    影响
    B1-0.5-G 0.5 浸泡灌浆
    B2-0.5-G
    B3-0.5-G
    B4-0.7-G 0.7 浸泡灌浆
    B5-0.7-G
    B6-0.7-G
    B7-1.0-G 1.0 浸泡灌浆
    B8-1.0-G
    B9-1.0-G
    长方体,水平裂缝,高度为
    48 mm,边长
    40 mm
    应变控制式电动直剪仪,比较不同胶结液浓度对岩石裂缝修复效果的
    影响
    C1-0.5-G 0.5 浸泡灌浆
    C2-0.5-G
    C3-0.5-G
    C4-0.7-G 0.7 浸泡灌浆
    C5-0.7-G
    C6-0.7-G
    C7-1.0-G 1.0 浸泡灌浆
    C8-1.0-G
    C9-1.0-G
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    表  2  试样界面剪切参数

    Table  2.   Interfacial shear parameters of samples

    试样类型胶结液浓度/
    (mol·L−1)
    界面黏聚力/
    kPa
    界面摩
    擦角/°
    圆柱体 0 0.32 21.48
    0.5 33.92 46.04
    0.7 37.12 53.35
    1.0 48.64 56.93
    长方体 0 5.76 8.19
    0.5 128.64 39.54
    0.7 136.53 44.21
    1.0 142.72 58.50
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-11
  • 网络出版日期:  2022-11-04
  • 刊出日期:  2022-12-15

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