基于MICP-FR协同加固大尺度软弱夹层-母岩复合体的注浆方法技术

本发明专利技术涉及基于MICP

【技术实现步骤摘要】
基于MICP
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FR协同加固大尺度软弱夹层
‑
母岩复合体的注浆方法


[0001]本专利技术涉及微生物岩土
，具体涉及基于MICP
‑
FR协同加固大尺度软弱夹层
‑
母岩复合体的注浆方法。

技术介绍

[0002]目前我国正在建设和即将兴建的水电、矿山和隧道等工程，这些工程所处地质构造复杂，且岩体中存在着较多的不同类型的软弱夹层。在施工过程中，软弱夹层和含软弱夹层的岩体容易出现各种变形破坏问题，成为结构体失稳和破坏的决定性因素，其存在的普遍性给许多岩土工程的稳定性造成严重威胁。因此，对软弱夹层进行加固，使整体岩体更加稳定，显得尤为重要。实际工程中常用的加固手段为锚杆支护法和注浆加固法。锚杆支护法使用一定数量的锚杆打入岩体中，对岩体进行加固，如专利号为ZL201910604495.1,专利名称为一种适用于破碎软弱夹层的预应力锚索，这样的加固方式会直接破坏原有岩石结构面，可能会导致产生新的裂隙或者裂隙扩张。注浆加固法使用无机或化学材料对岩体进行加固，如专利号为ZL202210498627.9，专利名称为充填岩体节理软弱夹层加固装置及操作方法，但无机及化学注浆加固技术对环境和土体本身造成了很大的污染，另外注浆单元的结构非常复杂，造价高昂，操作不便。
[0003]微生物注浆加固技术即MICP加固技术是最近发展起来的一种新型岩土体加固方法。该方法主要利用微生物可以在多孔介质中生长、运移和繁殖等特性进行岩土体改性。相比于传统加固方法，其具有环境友好性、施工扰动小、工期短、加固效果明显和低耗能等优势。但目前微生物加固主要应用于改善土体的孔隙结构及渗透性，提高土体的强度和刚度，鲜有关于软弱夹层微生物加固相关的研究。另外，使用MICP对软弱夹层进行加固会出现加固后脆性过高、破坏后易崩裂的缺点。
[0004]基于MICP
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FR协同加固技术对软弱夹层
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母岩复合体进行加固来解决上述技术问题是一种新的研究方向。然而，当下缺乏相应的试验装置和试验方法，如何设计一套基于MICP
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FR协同加固技术对软弱夹层
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母岩复合体进行加固的试验装置，以开展MICP
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FR协同加固技术对软弱夹层
‑
母岩复合体进行加固研究，是当下亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是基于MICP
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FR协同加固大尺度软弱夹层
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母岩复合体的注浆方法，进行加固试验，能够为实际工程应用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)协同纤维加筋(FR)对软弱夹层的加固提供指导。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]一种基于MICP
‑
FR协同加固大尺度软弱夹层
‑
母岩复合体的注浆方法，包括如下步骤：
[0008]S1、MICP
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FR加固浆液配制及纤维的配备
[0009]1)、SP细菌活化、培养及配制细菌溶液；
[0010]2)、配制胶结液；
[0011]3)、选用合适的纤维；
[0012]4)、根据正交试验设计，将细菌溶液、胶结液以及纤维按照不同参数标准进行混合；
[0013]5)、通过扫描电子显微镜(SEM)试验对各混合溶液生成的碳酸钙晶体进行分析，比较碳酸钙晶体的尺寸、形态和胶结均匀性，结合生成碳酸钙的速率，选取几种生成碳酸钙速率快、碳酸钙晶体尺寸适中以及碳酸钙晶体与纤维之间胶结均匀性好的适合注浆加固的优秀配比；
[0014]S2、试样制备
[0015]1)、用原位取样装置对软弱夹层岩体进行原状样获取：
[0016]2)、制得不含纤维软弱夹层
‑
母岩复合体试样：
[0017]3)、根据优秀配比的参数，制得含不同长度及数量的纤维的软弱夹层
‑
母岩复合体试样；
[0018]S3、注浆加固试验工艺控制
[0019]注浆加固试验用的注浆装置包括注浆单元、试样箱以及废液收集瓶，所述注浆单元包括用于存放混合浆液的浆液存放瓶、蠕动泵、阀门以及流量计；所述试样箱用来存放含有不同纤维掺量的软弱夹层
‑
母岩复合体试样，所述试样箱的左侧中部设置注浆口且右侧底部设置出液口，所述浆液存放瓶通过注浆管与所述蠕动泵连接，所述蠕动泵通过进液管与试样箱的注浆口连接，所述试样箱的出液口通过出液管与废液收集瓶连通，所述注浆单元还包括水箱、设于水箱底部的冷热单元以及设于水箱上的温控器，所述浆液存放瓶放置在所述水箱中；
[0020]1)、将步骤S2中的含有纤维的软弱夹层
‑
母岩复合体试样放入所述试样箱中；
[0021]2)、使用所述温控器将所述水箱中的水控制在4℃；根据选取的优秀配比，混合细菌溶液和胶结液，形成的混合浆液存放在所述浆液存放瓶中，将浆液存放瓶放置在4℃的水箱中，在4℃水浴环境下保存；
[0022]3)、使用所述蠕动泵将所述浆液存放瓶中的混合浆液从软弱夹层的一侧注入软弱夹层中；
[0023]4)、待混合浆液从软弱夹层的另一侧流出后，关闭所述蠕动泵以及所述阀门，并将试样静置设定时间；
[0024]5)、重复步骤S3中的3)
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4)，直至混合浆液无法注入试样软弱夹层，固化完成，进行养护。
[0025]优选的，步骤S3之后，还具有加固效果评价和加固机制解译步骤，包括：
[0026]1)、MICP
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FR协同加固前后宏观物理力学性质变化对照评价；
[0027]2)、MICP
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FR协同加固前后细微观结构变化测定评析；
[0028]3)、综合宏观特性和微细观结构变化采用极差分析法和方差分析法得出最优MICP
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FR协同加固试验配比参数标准；
[0029]4)、给出软弱夹层岩体MICP
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FR协同加固的“胶结
‑
连通”增强作用机制的宏细观解译。
[0030]优选的，所述SP细菌为巴氏芽孢杆菌，细菌溶液为巴氏芽孢杆菌溶液，混合浆液包括浓度为0.5～2.5OD
600
的巴氏芽孢杆菌、活性在0.5～2.5mmol/(L
·
min)的脲酶以及浓度为1.0～3.0mol/L的胶结液，混合浆液的pH值为7.0～9.0，纤维长度为2mm～10mm,纤维加入量为软弱夹层体积的0.1％～0.5％，正交试验设计分为25组。
[0031]优选的，脲酶活性采用NaCl溶液调节，采用电导率法测得，巴氏芽孢杆菌浓度采用分光光度计测得。
[0032]优选的，所述温控器安装在所述水箱的上部，用来控制水箱中水的温度。
[0033]优选的，所述的蠕动泵放置在试验台上。
[0034]优选的，所述注浆管、进液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MICP
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FR协同加固大尺度软弱夹层
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母岩复合体的注浆方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、MICP
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FR加固浆液配制及纤维的配备1)、SP细菌活化、培养及配制细菌溶液；2)、配制胶结液；3)、选用合适的纤维；4)、根据正交试验设计，将细菌溶液、胶结液以及纤维按照不同参数标准进行混合；5)、通过扫描电子显微镜(SEM)试验对各混合溶液生成的碳酸钙晶体进行分析，比较碳酸钙晶体的尺寸、形态和胶结均匀性，结合生成碳酸钙的速率，选取几种生成碳酸钙速率快、碳酸钙晶体尺寸适中以及碳酸钙晶体与纤维之间胶结均匀性好的适合注浆加固的优秀配比；S2、试样制备1)、用原位取样装置对软弱夹层岩体进行原状样获取：2)、制得不含纤维软弱夹层
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母岩复合体试样：3)、根据优秀配比的参数，制得含不同长度及数量的纤维的软弱夹层
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母岩复合体试样；S3、注浆加固试验工艺控制注浆加固试验用的注浆装置包括注浆单元、试样箱(7)以及废液收集瓶(8)，所述注浆单元包括用于存放混合浆液的浆液存放瓶(1)、蠕动泵(4)、阀门(5)以及流量计(6)；所述试样箱(7)用来存放含有不同纤维掺量的软弱夹层
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母岩复合体试样，所述试样箱(7)的左侧中部设置注浆口(10)且右侧底部设置出液口(11)，所述浆液存放瓶(1)通过注浆管(9)与所述蠕动泵(4)连接，所述蠕动泵(4)通过进液管(19)与试样箱(7)的注浆口(10)连接，所述试样箱(7)的出液口(11)通过出液管(12)与废液收集瓶(8)连通，所述注浆单元还包括水箱(2)、设于水箱底部的冷热单元以及设于水箱上的温控器(3)，所述浆液存放瓶(1)放置在所述水箱(2)中；1)、将步骤S2中的含有纤维的软弱夹层
‑
母岩复合体试样放入所述试样箱(7)中；2)、使用所述温控器(3)将所述水箱(2)中的水控制在4℃；根据选取的优秀配比，混合细菌溶液和胶结液，形成的混合浆液存放在所述浆液存放瓶(1)中，将浆液存放瓶(1)放置在4℃的水箱(2)中，在4℃水浴环境下保存；3)、使用所述蠕动泵(4)将所述浆液存放瓶(1)中的混合浆液从软弱夹层(17)的一侧注入软弱夹层(17)中；4)、待混合浆液从软弱夹层(17)的另一侧流出后，关闭所述蠕动泵(4)以及所述阀门(5)，并将试样静置设定时间；5)、重复步骤S3中的3)
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4)，直至混合浆...

【专利技术属性】
技术研发人员：段淑倩，姜喜庆，熊杰程，曹备，王平，王磊，刘云龙，徐鼎平，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：