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基于Kozeny-Carman方程的酶诱导碳酸钙沉淀固化砂土的渗流数学模型
1
作者 靳贵晓 林劭聪 +2 位作者 姜启武 黄明 李熹 《岩土力学》 北大核心 2025年第8期2376-2386,共11页
目前关于酶诱导碳酸钙沉淀(enzyme-induced calcium carbonate precipitation,EICP)技术固化砂土的渗流数学模型研究较少,现有的渗流模型未考虑EICP矿化反应中生成的碳酸钙晶体,难以预测EICP固化砂土的渗透性能。为此,基于Kozeny-Carman... 目前关于酶诱导碳酸钙沉淀(enzyme-induced calcium carbonate precipitation,EICP)技术固化砂土的渗流数学模型研究较少,现有的渗流模型未考虑EICP矿化反应中生成的碳酸钙晶体,难以预测EICP固化砂土的渗透性能。为此,基于Kozeny-Carman(K-C)方程,考虑碳酸钙晶体对孔隙填充作用、迂曲度和比表面积的影响,建立EICP固化砂土的渗流数学模型。将模型理论结果与试验结果进行对比,验证了模型的可行性和合理性,分析了孔隙率、平均粒径、碳酸钙含量和比表面积对试样渗透系数的影响。研究结果表明:提出的渗流数学模型能较好地反映不同颗粒级配以及不同胶结程度条件下EICP固化砂土的渗透系数,适用范围较广;渗透系数k随孔隙率n和平均粒径D50的增加而增大,k对n的敏感性远高于D50;k随碳酸钙含量和比表面积的增加而显著下降。随着碳酸钙含量的增加,试样孔隙率逐渐下降,迂曲度逐渐增加,附着于碳酸钙晶体的水膜逐渐变厚,渗透系数显著下降。研究成果可为EICP固化砂土的工程应用提供一定的理论基础。 展开更多
关键词 酶诱导碳酸钙沉淀(EICP) Kozeny-Carman方程 碳酸钙晶体 渗流模型 砂土固化
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酶诱导碳酸钙沉淀处理对紫色土坡面片蚀过程及泥沙分选的影响 被引量：1
2
作者 向瑞 郭俊奎 +4 位作者 张伦 夏振尧 刘德玉 丁瑜 肖海 《农业工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第24期81-88,共8页
为探究酶诱导碳酸钙沉淀(enzyme induced carbonate precipitation,EICP)处理对坡面片蚀过程及泥沙分选的影响,该研究以三峡库区紫色土坡面为研究对象,设置6种喷洒处理(裸坡对照CK,单施脲酶和4种胶结液浓度的EICP:0.5、1.0、1.5和2.0 mo... 为探究酶诱导碳酸钙沉淀(enzyme induced carbonate precipitation,EICP)处理对坡面片蚀过程及泥沙分选的影响,该研究以三峡库区紫色土坡面为研究对象,设置6种喷洒处理(裸坡对照CK,单施脲酶和4种胶结液浓度的EICP:0.5、1.0、1.5和2.0 mol/L),开展降雨强度为60和120 mm/h的人工模拟降雨试验,分析坡面片蚀(产流产沙)过程和次降雨侵蚀泥沙分选情况,并通过扫描电镜揭示EICP影响坡面片蚀的微观机制。结果表明:与CK相比,单施脲酶具有一定的增流减沙效果,EICP处理具有显著的增流减沙效果(P<0.05),增流减沙效果随着胶结液浓度的增加呈现先增加后减小的变化规律,在浓度为1.5 mol/L时增流减沙效果最佳。不同胶结液浓度处理间的产流总量和产沙总量无显著性差异(P>0.05),说明低浓度(0.5 mol/L)时已能够较好地发挥控制片蚀效果。侵蚀泥沙呈现黏粒、细粉粒和粗粉粒富集而砂粒亏损的分选现象,EICP处理后坡面侵蚀泥沙分选程度有所降低。微观分析表明EICP处理在土颗粒的间隙和表面均出现球形碳酸钙沉淀和脲酶丝状物质,从而提高表层土体的整体性,进而提高土体抗侵蚀性能。该研究结果将有助于揭示EICP减蚀机理,并为三峡库区水土保持提供理论依据。 展开更多
关键词 酶诱导碳酸钙沉淀(EICP) 片蚀 泥沙分选 微观结构 水土保持
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酶诱导碳酸钙沉淀技术加固TBM壁后吹填豆砾石最优配比试验及机制研究 被引量：5
3
作者 姜启武 黄明 +2 位作者 崔明娟 靳贵晓 彭仪欣 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2037-2049,共13页
TBM(tunnel boring machine,简称TBM)隧道中豆砾石作为管片与围岩填充层对管片承载及抗渗具有重要意义,水泥浆液流动性差,无法充满回填层进而导致壁后空洞、灌浆不密实等缺陷,酶诱导碳酸钙沉淀(enzyme-induced calcium carbonate precip... TBM(tunnel boring machine,简称TBM)隧道中豆砾石作为管片与围岩填充层对管片承载及抗渗具有重要意义,水泥浆液流动性差,无法充满回填层进而导致壁后空洞、灌浆不密实等缺陷,酶诱导碳酸钙沉淀(enzyme-induced calcium carbonate precipitation,简称EICP)技术是作为一种环保高效的加固方法,灌浆材料均为液体具有很好的流动性和扩散性,用于豆砾石回填层灌浆施工有望解决上述问题。为实现吹填豆粒石EICP灌浆最优效果,尝试将标准砂与豆砾石共同作为回填骨料,为定量化分析二者的最优配合比,开展了不同豆砾石与砂的配合比(0.5、0.75、1.0、1.25、1.5)和不同灌浆次数(9、12、15次)的砂柱固化试验。通过无侧限抗压测试、渗透性测试、碳酸钙含量测定、超声波速测定、扫描电镜(scanning electron microscope,简称SEM)试验,从宏观和微观角度分析不同石砂配合比对EICP固化效果的影响。结果表明:EICP加固豆砾石混合砂的最优配比为1:1.5,经15次灌浆加固后,试样单轴抗压强度最高可达4.55 MPa,渗透系数达1.72×10^(-5)m/s;对于含砂量较高的试样,颗粒间孔隙易被碳酸钙晶体填充密实,碳酸钙晶体有效胶结比例较高,结石体无侧限抗压强度较高。研究成果可为EICP技术加固隧道掘进机壁后吹填豆粒石的工程应用提供理论依据。 展开更多
关键词 酶诱导碳酸钙沉淀技术(EICP) 隧道掘进机 豆砾石 无侧限抗压强度 渗透性 微观机制
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土豆脲酶提取及基于酶诱导碳酸钙沉淀技术对风积沙改良的方法 被引量：5
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作者 褚文杰 李驰 +1 位作者 武慧敏 高瑜 《土木与环境工程学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2023年第2期74-80,共7页
基于酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)技术,使用植物脲酶对沙漠风积沙进行改良加固试验。为寻求价格低廉和操作简单的脲酶提取方法,以土豆为原材料,去离子水、甘油水溶液和乙醇水溶液为提取液,通过破碎冷藏及高速离心方法成功地从土豆中分离提取... 基于酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)技术,使用植物脲酶对沙漠风积沙进行改良加固试验。为寻求价格低廉和操作简单的脲酶提取方法,以土豆为原材料,去离子水、甘油水溶液和乙醇水溶液为提取液,通过破碎冷藏及高速离心方法成功地从土豆中分离提取出植物脲酶,分析提取过程中不同提取液对脲酶提取效果的影响,基于EICP技术,利用土豆脲酶液对风积沙进行改良处理。结果显示,在3种提取液中,效果最优的是乙醇溶液,甘油水溶液次之,去离子水提取效果最差。而当固液比为1:6、乙醇溶液浓度为30%时,脲酶活性值最高且提取效果最佳。在风积沙改良试验中,试件表面形成了坚硬的结皮层并具有较高的抗压强度,随着浸泡脲酶次数的增加,无侧限抗压强度逐渐增强。 展开更多
关键词 酶诱导碳酸钙沉淀(EICP) 植物脲酶 脲酶提取 脲酶活性 防风固沙
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钙源和Ca^(2+)浓度对EICP固化钙质砂效果影响的试验研究 被引量：1
5
作者 姜启武 黄明 +3 位作者 崔明娟 宋卿 许凯 李爽 《工程地质学报》 北大核心 2025年第3期908-918,共11页
酶诱导碳酸钙沉淀技术(EICP)是一种环保高效的土体加固技术,钙源的种类可能会影响其加固效果。为定量化分析钙源对EICP固化钙质砂的影响,本文开展了不同钙源(氯化钙、醋酸钙、乳酸钙、硝酸钙)和不同Ca^(2+)浓度(0.25 M、0.5 M、0.75 M、... 酶诱导碳酸钙沉淀技术(EICP)是一种环保高效的土体加固技术,钙源的种类可能会影响其加固效果。为定量化分析钙源对EICP固化钙质砂的影响,本文开展了不同钙源(氯化钙、醋酸钙、乳酸钙、硝酸钙)和不同Ca^(2+)浓度(0.25 M、0.5 M、0.75 M、1 M)的砂柱固化试验和水溶液试验。通过无侧限抗压测试、渗透性测试、碳酸钙生成量测定、SEM微观分析,从宏观和微观角度对EICP固化钙质砂的效果进行探讨和分析。结果表明:在钙离子浓度较高时(Ca^(2+)=1 M),氯化钙作为钙源固化出的强度较高,在钙离子浓度较低时(Ca^(2+)≤0.75 M),硝酸钙作为钙源固化出的强度较高;在减小试样渗透性方面:醋酸钙>氯化钙>硝酸钙>乳酸钙,醋酸钙作为钙源固化出的试样渗透性下降最明显;不同钙源在水溶液中的反应速度大致为:硝酸钙>氯化钙≈乳酸钙>醋酸钙;不同钙源下沉淀产物的晶体类型和微观形貌有区别,氯化钙、醋酸钙作为钙源所形成的碳酸钙晶体形态为菱形,乳酸钙作为钙源生成的碳酸钙晶体形态为三角形且尺寸较小,醋酸钙作为钙源生成的碳酸钙晶体形态呈现多个小球包裹所形成的不规则球状。 展开更多
关键词 酶诱导碳酸钙沉淀技术(EICP) 钙质砂 钙源 无侧限抗压强度 渗透性 微观机理
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EICP与木质素联合改性粉土边坡抗雨蚀试验研究 被引量：9
6
作者 张建伟 钱思羽 +3 位作者 王小锯 边汉亮 韩智光 石磊 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期70-76,共7页
通过设置6组试样,采用降雨试验,通过试样的表面侵蚀状况与冲蚀量、表面强度、碳酸钙含量的变化分析了改性后粉土边坡的抗雨蚀性能。试验结果表明:植物源酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)与木质素联合改性试样并在表面喷洒EICP溶液后,试样表面完... 通过设置6组试样,采用降雨试验,通过试样的表面侵蚀状况与冲蚀量、表面强度、碳酸钙含量的变化分析了改性后粉土边坡的抗雨蚀性能。试验结果表明:植物源酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)与木质素联合改性试样并在表面喷洒EICP溶液后,试样表面完整度更好,表面强度及碳酸钙含量更高,质量损失更小,抗雨蚀能力明显提高,与其他试样的平均值相比,边坡土体侵蚀量降低了75.0%,表面强度提高了33.8%,碳酸钙含量提高了235.2%;坡面喷洒EICP溶液可形成硬壳层,有效避免坡面侵蚀;木质素可为碳酸钙提供成核位点,使分布散乱的碳酸钙附着在木质素上,添加木质素后试样碳酸钙含量提高,且表面强度随碳酸钙含量提高而增大。 展开更多
关键词 植物源酶诱导碳酸钙沉淀(EICP) 木质素 粉土边坡 雨蚀 成核位点
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EICP改良膨胀土的物理力学性质试验研究 被引量：5
7
作者 王欢 张佳伟 郭合家 《土木与环境工程学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第5期109-116,共8页
为了探究脲酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)技术改良弱膨胀土的物理力学特性,利用大豆脲酶开展EICP技术处理弱膨胀土的膨胀特性和力学特性试验研究。通过EICP多因素配比正交试验研究脲酶浓度、初始Ca^(2+)浓度、酶胶比、尿钙比、养护时间对膨胀... 为了探究脲酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)技术改良弱膨胀土的物理力学特性,利用大豆脲酶开展EICP技术处理弱膨胀土的膨胀特性和力学特性试验研究。通过EICP多因素配比正交试验研究脲酶浓度、初始Ca^(2+)浓度、酶胶比、尿钙比、养护时间对膨胀土碳酸钙生成率、自由膨胀率的影响及其变化规律,确定了EICP反应液最佳配比。采用不同掺量EICP反应液改良膨胀土,通过无荷载膨胀率试验、无侧限抗压强度试验及三轴压缩试验验证改良效果。结果表明:EICP反应液掺量为20%时抑制膨胀土膨胀性效果最好,且此时土体力学强度和碳酸钙生成率最高。大豆脲酶诱导产生的沉淀物为方解石型碳酸钙,附着在土颗粒表面既填充了土颗粒孔隙,也胶结了土体骨架颗粒,阻碍土体与水分接触,提高了土体密实性和黏结强度,改善了膨胀土膨胀性和力学性能。 展开更多
关键词 酶诱导碳酸钙沉淀 膨胀土 膨胀特性 力学特性 微观机理
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壳聚糖联合EICP对露天矿排土场边坡抗侵蚀性影响机制 被引量：8
8
作者 王知乐 田雨 +5 位作者 周伟 王轶 李蕊 郭仪晗 田涯 陆澳 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期4713-4727,共15页
我国露天煤矿多处于季节性降雨明显和土层瘠薄的北方生态脆弱区,生态本底脆弱且土壤侵蚀严重。为了改善区内大型露天矿规模化开发引起土壤侵蚀和水土流失加剧的突出问题,提出采用壳聚糖联合脲酶诱导碳酸钙沉淀技术(EICP)对露天矿排土场... 我国露天煤矿多处于季节性降雨明显和土层瘠薄的北方生态脆弱区,生态本底脆弱且土壤侵蚀严重。为了改善区内大型露天矿规模化开发引起土壤侵蚀和水土流失加剧的突出问题,提出采用壳聚糖联合脲酶诱导碳酸钙沉淀技术(EICP)对露天矿排土场边坡进行抗侵蚀改性。本研究通过不同温度与掺量下的EICP溶液试验,确定最优矿化反应参数,制备对照组、EICP和壳聚糖靶向诱导EICP三组边坡试样,通过边坡抗侵蚀相似模型装置分析边坡侵蚀状况、冲蚀量和表面强度变化规律,探究其对边坡抗侵蚀特性的影响规律。并对各组试样进行微观形貌、物相组成及热稳定性分析试验,探究壳聚糖联合EICP提高边坡抗侵蚀性的作用机理。结果表明:排土场边坡EICP抗侵蚀最优反应参数为尿素与氯化钙浓度1 mol/L、壳聚糖掺量5 g/L、温度不高于60℃;降雨侵蚀后,对照组分布不均匀表面凹坑,改性组则无明显变化,EICP和壳聚糖联合EICP组的最终土体冲蚀量分别降低了85.4%和91.6%,表面强度分别提高了9.8%、14.2%,EICP处理导致土体pH有所降低,而添加壳聚糖能够稳固脲酶活性进而保证尿素水解;壳聚糖分别通过静电作用和酸碱作用吸附脲酶与Ca^(2+)为EICP提供成核位点,促进EICP稳态矿化产物(方解石)的生成并分散分布于土体颗粒间,且壳聚糖水凝胶与矿化产物都具有黏附、桥接和充填土体颗粒的固化作用,同时Ca^(2+)可驱离强结合水降低颗粒间双电层厚度从而增强土体结构。结合室内试验与微观测试结果阐述了壳聚糖联合EICP技术提高边坡抗侵蚀性的有效性,揭示了其提高土体颗粒间联结力和减小坡面侵蚀力从而提高排土场边坡的抗侵蚀性的改性机制,研究成果有望对露天矿排土场边坡侵蚀防治技术的发展与工程应用提供有益借鉴。 展开更多
关键词 酶诱导碳酸钙沉淀 壳聚糖 成核位点 抗侵蚀性能 排土场边坡
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EICP固化轮胎颗粒混合黏土的强度特性及微观机理 被引量：1
9
作者 马强 李蒙 +2 位作者 周鑫隆 习磊 孙君 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S02期72-76,共5页
酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)技术固化轮胎颗粒混合黏土轻质回填材料可以高效吸纳废旧轮胎,推动废旧轮胎在岩土工程领域资源化利用。基于EICP技术结合轮胎颗粒,系统开展了复合改良黏土的强度特性和机理研究。结果表明,EICP技术可以提高轮胎... 酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)技术固化轮胎颗粒混合黏土轻质回填材料可以高效吸纳废旧轮胎,推动废旧轮胎在岩土工程领域资源化利用。基于EICP技术结合轮胎颗粒,系统开展了复合改良黏土的强度特性和机理研究。结果表明,EICP技术可以提高轮胎颗粒混合黏土的无侧限抗压强度。当胶结液浓度为0.5 mol/L时,处理效果最好。随着胶结液浓度增大,CaCO_(3)含量逐渐增加,但转化率逐渐降低。EICP固化轮胎颗粒混合黏土的强度和弹性模量随轮胎颗粒掺量增加先增加后降低,轮胎颗粒的最佳掺量为5%;微观结构分析表明EICP生成的CaCO_(3)有效增强了轮胎颗粒和土颗粒之间的黏结并填充了孔隙。研究结果可为EICP固化轮胎颗粒混合黏土填充材料提供理论依据。 展开更多
关键词 酶诱导碳酸钙沉淀 轮胎颗粒 力学特性 微观机理
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不同温度环境下EICP固砂及优化试验研究 被引量：6
10
作者 王恒星 缪林昌 +2 位作者 孙潇昊 吴林玉 范广才 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期712-719,共8页
为了在不同温度下实现生物矿化技术对土体的改良,选取高性价比的植物脲酶进行酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)固砂研究.首先,分析温度环境对植物脲酶热稳定性的影响.然后,利用钙化试验研究温度、脲酶质量分数和pH值对碳酸钙生成速率的影响.最后... 为了在不同温度下实现生物矿化技术对土体的改良,选取高性价比的植物脲酶进行酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)固砂研究.首先,分析温度环境对植物脲酶热稳定性的影响.然后,利用钙化试验研究温度、脲酶质量分数和pH值对碳酸钙生成速率的影响.最后,测试砂柱的声时值、无侧限抗压强度和碳酸钙质量分数,以评价固砂效果.结果表明,当温度高于55℃时脲酶会逐渐失活,提高脲酶活性有利于提高EICP碳酸钙的转换率.当脲酶活性高于10 mmol/(L·min)时易发生固砂效果不均匀的现象,控制溶液初始pH为4可以提高EICP的固砂效果.在不同温度下控制脲酶质量分数和溶液初始pH,可以调节脲酶活性,并优化EICP的固砂效果. 展开更多
关键词 酶诱导碳酸钙沉淀(EICP) 植物脲酶 温度 固砂 均匀性 低PH
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