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核磁原位在線表征-細菌誘導碳酸鈣沉淀裂隙修復
更新時間:2025-04-22   點擊次數(shù):312次

核磁原位在線表征-細菌誘導碳酸鈣沉淀裂隙修復

分類:#應用案例 #低場核磁 #注漿 #碳酸鈣沉淀 #細菌

隨著城市規(guī)模的快速擴張,地面建設空間日益緊張,各類地下工程的開發(fā)規(guī)模不斷擴大。在復雜地質環(huán)境中,特別是軟弱巖層區(qū)域,隧道等地下結構的施工往往會對圍巖產生顯著擾動,這種擾動主要表現(xiàn)為應力重分布和原生裂隙的擴展,進而影響巖體的滲流特性和承載能力,嚴重時可能引發(fā)巖體失穩(wěn)等工程災害。

微生物誘導礦化技術(MICP)作為一種新興的巖體加固方法,通過利用特定微生物代謝產生的脲酶催化尿素分解,生成碳酸根離子與鈣離子結合形成碳酸鈣沉淀,從而改善巖土介質的工程特性。與傳統(tǒng)注漿工藝相比,該技術雖然能有效降低巖體滲透性,但在實際應用中存在礦物沉積不均勻和注漿孔附近易發(fā)生堵塞等技術瓶頸。為解決這些問題,需要開發(fā)有效的沉積過程監(jiān)測手段。

在眾多監(jiān)測技術中,核磁共振技術因其不損傷樣品、無需侵入等優(yōu)勢,特別適用于追蹤微生物礦化過程中孔隙-裂隙系統(tǒng)的演化規(guī)律。該技術能夠精確反映細菌在裂隙網(wǎng)絡中的遷移附著特性及其對碳酸鈣空間分布的控制作用。研究表明,城市地下空間開發(fā)面臨的主要難題在于不良地質條件下巖體結構的穩(wěn)定性控制,而微生物礦化技術為解決這一難題提供了新的思路。

 

核磁共振表征微生物誘導碳酸鈣沉淀實例:

實驗材料

巖心:一英寸頁巖。

微生物:巴氏芽孢桿菌

儀器:中尺寸低場核磁共振成像分析儀

實驗方案

1.       使用去離子水溶解巴氏芽孢桿菌,注入并飽和巖心,靜置1小時。

2.       使用去離子水對巖心進行清洗,清洗去掉細菌。

3.       重新使用去離子水溶解巴氏芽孢桿菌,注入并飽和巖心,靜置1小時。重復以上過程,共計進行五次循環(huán)

4.       對每次循環(huán),注入細菌飽和后的巖心進行核磁共振弛豫測試,記錄數(shù)據(jù)。

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巖心巴氏芽孢桿菌循環(huán)處理中的T2分布

圖中展示了巖心巴氏芽孢桿菌循環(huán)處理中的T2分布隨著處理循環(huán)的增加,T2分布的峰頂點數(shù)值逐漸降低,這表明由于微生物誘導發(fā)生碳酸鈣沉淀,總孔隙的數(shù)量發(fā)生減少。實驗證明NMR技術可以用于原位監(jiān)測MICP過程,對實際工程有指導意義。


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