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。
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。
文章链接:
Mitigation of sand liquefaction under static loading condition using biogas bubbles generated by denitrifying bacteria
Anti-liquefaction performance of partially saturated sand induced by biogas under high intensity vibration
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
责任编辑:张婧睿
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
西北生态研究院针对微生物材料改性在地基处理领域中的应用研究取得突破
本站小编 Free考研考试/2021-12-25
相关话题/微生物 岩土 过程 力学 物理
国科大博士生导师贾宏鹏团队在催化剂表面酸性位点协同调控氯苯降解过程方面取得研究进展
以氯苯为代表的含氯有机化合物(CVOCs)是一类危险的大气污染物,不仅严重危害生态环境和人类健康,还是剧毒二恶英的重要前驱体。如何高效、无害消除CVOCs成为近年来的研究热点。在众多净化技术中,催化氧化技术操作简单、适应性强、最具应用潜力,而合适催化剂的开发是催化氧化技术的核心。相较于普通有机污染物 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25亚热带所在MiRNA靶向调控微生物促进肠道健康方面的研究取得新进展
我国生猪养殖过程中,每年因肠道疾病致死的仔猪比例高达80%以上,如何有效增强仔猪肠道健康是目前国内外研究的重点和难点。近年来,微生物在肠道健康的作用不断获得新的认识,且成为科学家研究的重点关注方向之一,而如何精准调控肠道微生物结构尚不清楚。 近期,中国科学院亚热带农业生态研究所畜禽健康养殖与农牧复 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25武汉岩土所不同应力状态下岩石注水诱导水力耦合行为研究取得最新进展
将流体注入到地下是许多能源工程中不可或缺的一项重要操作,例如二氧化碳地质利用与封存、非常规储层压裂开采、地下储能、地热开采等。流体与岩石的相互作用涉及复杂的水力耦合过程,在提高目标储层渗透率的同时,也存在着激活附近隐伏断层进而诱发有感地震的潜在风险。地应力的相对大小和方向是影响岩石水力耦合行为的重要 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25武汉岩土所在污染场地新型竖向防渗隔离墙材料方面取得进展
防渗隔离墙技术是一种用于控制污染场地中污染物迁移、提高风险管控能力的原位工程修复措施,是目前应用最广泛且最为有效的污染场地防控技术,也是环境岩土工程领域研究的学术前沿。目前,大量采用的土-膨润土、水泥-膨润土防渗隔离材料,普遍存在着化学兼容性差、防渗能力不足的问题,造成多起由于防渗隔离墙过早失效而污 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25广州地化所、深地科学卓越创新中心揭示原油热裂解过程中荧光寿命的演化模式
地质条件下,深层-超深层油藏和包裹体中的原油会发生不同程度的裂解。原油裂解过程中,其化学组分和生物标志化合物以及碳氢同位素均会随着裂解程度的增加而改变,基于这些变化的机地球化学参数通常用来于表征原油的裂解程度。然而,由于目前很难获取单个包裹体中的石油,这些参数也就不能用于表征单个包裹体油的热解程度。 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25近代物理所在研发颗粒材料激光诱导击穿光谱分析技术方面获进展
加速器驱动先进核能系统(ADANES,AcceleratorDrivenAdvancedNuclearEnergySystem)是中国科学院近代物理研究所在“未来先进核裂变能-ADS嬗变系统”先导专项实施过程中原创提出的一种先进核能系统。在ADANES系统的运行中,采用激光诱导击穿光谱(LIBS,L ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25广州地化所、深地科学卓越创新中心在揭示风化过程中Rb同位素分馏机理上取得新进展
铷(Rb)作为一个具有中度挥发性、流体活动性、在岩浆过程中呈强不相容性的碱金属元素,其同位素体系已经被应用到提高Rb-Sr定年精度、制约太阳系内部行星演化过程等方面。然而,受化学纯化方法和分析精度的制约,前人认为地球上的Rb同位素基本不存在分馏,目前还没有针对表生地质过程中的Rb同位素分馏的报道。然 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25国科大博士生导师张建明研究员团队在高温冻结粉土-水泥土界面力学特性及本构关系取得进展
冻土与构筑物接触面广泛存在于冻土区各种岩土工程结构中,开展该接触面剪切力学特性研究对于分析冻土区结构的承载力、冻融变形及稳定性等问题具有十分重要的意义。在全球升温、冻土退化背景下,水泥土搅拌桩、基坑排桩、挡土墙以及组合桩等水泥土基础将在高温冻土地基基础设计中扮演重要角色。土-结构接触面的研究起源于上 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25近代物理所在重离子奇异跃迁研究中取得进展
高电荷态重离子携带着自然界最强的库仑场。电子在强库仑场中的运动有很强的相对论效应和量子电动力学(QED)效应,其退激过程的X射线谱是人们探究微观世界的重要窗口之一。 中国科学院近代物理研究所原子分子谱学室科研人员利用从头计算QED理论方法,基于近期可达到的实验条件,开展了一系列理论预研工作。 近 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25近代物理所在核子敲除反应研究中获进展
近日,中国科学院近代物理研究所科研人员及合作者依托兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)及外靶实验装置(ETF),在中高能区完成了丰中子碳同位素核子敲除反应测量,并对敲除反应提取的谱因子的束流能量依赖性开展了系统研究,相关成果在PhysicalReviewC上发表。 重离子诱导的核子敲除 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25