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用于降饱和度处理可液化砂土地基的微生物浆液及制备与使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于降饱和度处理可液化砂土地基的微生物浆液及制备与使用方法，将施氏假单胞菌接种至LB培养基，在20～37℃下振荡培养，20～42h后取出培养液，4500～6500rpm离心4～6分钟，去除上清，用反硝化培养基收集菌株细胞，并测定其光密度OD600值。添加适量反硝化培养基至OD600值为0.05～0.12，形成微生物浆液。将该微生物浆液注入至所需处理的砂土之中，细菌的反硝化作用可产生氮气降低土体饱和度，增强土体抗液化能力。上述每升反硝化培养基中含有Na3C6H5O7·2H2O 3g～8g，KNO3 1～5g，MgSO4·7H2O 0.1g～0.6g，K2HPO41.5g～3g。本发明充分利用微生物资源，可在土体孔隙中产生氮气气泡降低土体饱和度，提高砂土抗液化能力。

Description

用于降饱和度处理可液化砂土地基的微生物浆液及制备与使 用方法
技术领域
本发明涉及一种用于处理可液化砂土地基的材料，具体涉及一种用于降饱和度处理可液化砂土地基的微生物浆液及制备与使用方法。
背景技术
我国位于世界两大地震带―环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分活跃，每发生高烈度地震后均会造成人员、建筑、及财产的巨大损失。例如，1976年，我国唐山地区发生7.8级大地震，死亡人数超过24万人，经济损失超过100亿人民币。2008年5月12日，我国四川省阿坝州汶川县发生了8.0级特大地震，共造成69227人死亡，374643人受伤，17923人失踪，导致直接经济损失8452亿元人民币，间接损失无法估量；2010年4月14日，青海省玉树藏族自治州玉树县境内发生7.1级地震，深度为14公里。该地震导致至少2698人遇难，270人失踪，12135人受伤。大量的地震灾害调查和震害实例表明，饱和土体液化导致的震陷和侧向扩展能够引起地上结构的倒塌、倾斜、不均匀沉降、道路开裂、地下结构上浮、破裂、基础破坏、堤坝滑移、山体滑坡等一系列的严重地震和地质灾害，这在上述地震中均得到显著体现。处理可液化砂土地基一直是岩土工程领域关注的热点问题。
现阶段，处理砂土液化的常用方法按照处理原理可分为换填法、强夯法、挤密法、化学法等。换填法是指将基础底面以下一定范围内的软弱土层挖去，然后分层填入强度较大的砂，碎石，素土，灰土及其他性能稳定和无侵蚀性的材料，并夯实至要求的密实度。挤密法主要是指挤密砂桩和振冲碎石桩，通过冲击和振动将砂土或碎石挤入土层中形成砂桩提高地基整体密实度；化学法主要指压密注浆和搅拌桩法，指使用水泥作为固化剂主剂，使水泥与可液化土层发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高地基强度。大量实践表明这些传统方法均可以提高土体的抗液化性能，但是仍具有一定的局限性。
(1)换填法施工量大，需要大量换填材料；
(2)强夯加固深度有限且易对周边建筑造成振动破坏；
(3)挤密法需要大量砂料和石料；
(4)化学法需要大量水泥；
(5)传统方法只能在新建工程中应用，无法在既有建筑下的地基中使用。
发明内容
发明目的：针对现有处理方法的不足，提供一种用于降饱和度处理可液化砂土地基的微生物浆液及制备与使用方法，处理可液化地基。
技术方案：
一种用于降饱和度处理可液化砂土地基的微生物浆液，每升微生物浆液含有Na3C6H5O7·2H2O 3g～8g、KNO3 1～5g、MgSO4·7H2O 0.1g～0.6g、K2HPO4 1.5g～3g，细菌光密度为0.08～0.12。
进一步的，该微生物为一株施氏假单胞菌。
上述的用于降饱和度处理可液化砂土地基的微生物浆液的制备方法，将施氏假单胞菌接种至LB培养基，在20～37℃下振荡培养，20～42小时后取出培养液，4500～6500rpm离心4～6分钟，去除上清，用反硝化培养基收集菌株细胞，形成微生物浆液。
进一步的，为使细菌能够在微生物浆液中正常生长，应使其光密度处于较低水平。所述反硝化培养基的添加量为：使得所述微生物浆液光密度OD600值为0.05～0.12。
进一步的，所述LB培养基，每升培养基培养液含有胰蛋白胨10g、酵母提取物5g和NaCl 10g。
进一步的，所述每升反硝化培养基中含有Na3C6H5O7·2H2O 3g～8g、KNO3 1～5g、MgSO4·7H2O 0.1g～0.6g、K2HPO4 1.5g～3g。
上述的用于降饱和度处理可液化砂土地基的微生物浆液的使用方法，其特征在于：将微生物浆液注入装有砂土的20ml注射器内，搅拌，制成饱和圆柱试样。
用注射器的活塞芯杆推出多余微生物浆液。为使圆柱试样不从渗漏活塞芯杆处渗漏，制样时试样体积应占注射器容积的一半左右并将活塞芯杆推紧并固定，其体积与孔隙比分别为10cm3与0.5。
本发明利用施氏假单胞菌的反硝化作用在土体孔隙中产生氮气，从而实现降低土体饱和度，提高砂土抗液化能力的目的。反硝化作用是指细菌将硝态氮逐步还原为氮气的过程。施氏假单胞菌属于兼性厌氧菌，其特性是在有氧环境下进行有氧呼吸提供能量，在厌氧环境下进行反硝化作用提供能量解决自身代谢。其在进入土体起始会消耗孔隙水内有限的溶解氧进行有氧呼吸作用，由于土体孔隙相对密闭，与外界溶解氧交换困难，待溶解氧耗尽时形成缺氧环境，进行反硝化作用。整个反硝化作用过程可描述如下：
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)通过微生物反硝化作用对可液化土层注少量气泡，使土体中饱和度降低，当可液化土层受到震动荷载时，土体中的气泡可以有效减缓超静孔隙水压力升高从而达到提高土层抗液化能力的效果。
2)本发明中的反硝化培养基配方简单，各试剂价格低廉，对环境友好。
3)本发明不仅对新建建筑地基适用，亦可对既有建筑进行加固。
附图说明
图1反硝化培养基中施氏假单胞菌的生长曲线；
图2反硝化培养基中施氏假单胞菌的反硝化作用状况；
图3产气前后的砂样对比。
具体实施方式
本发明的用于降饱和度处理可液化砂土地基的微生物浆液的制备方法为：将施氏假单胞菌接种至LB培养基，在20～37℃下振荡培养，20～42小时后取出培养基，4500～6500rpm离心4～6分钟，去除上清，用反硝化培养基收集菌株细胞。利用可见光分光光度计测定微生物浆液光密度OD600，并添加适量反硝化培养基将至OD600＝0.05～0.12，形成微生物浆液。将该微生物浆液注入至所需处理的砂土之中，细菌的反硝化作用可产生氮气降低土体饱和度，增强土体抗液化能力。上述反硝化培养基中，每升培养基含有Na3C6H5O7·2H2O3g～8g，KNO3 1～5g，MgSO4·7H2O 0.1g～0.6g，K2HPO4 1.5g～3g。本发明充分利用微生物资源，可在土体孔隙中产生氮气气泡降低土体饱和度，达到提高砂土抗液化能力的效果。
将微生物浆液注入装有砂土的20ml注射器内，搅拌，制成饱和圆柱试样。用注射器的活塞芯杆推出多余微生物浆液，使其体积与孔隙比分别为10cm3与0.50。将20ml注射器、4*6mmPVC软管和2ml玻璃移液管组成气体测量装置。其中反硝化培养基营养成分见表1，具体实施参数见表2。
如图1所示为反硝化培养基中施氏假单胞菌的生长曲线；图2为反硝化培养基中施氏假单胞菌的反硝化作用状况；图3为产气前后的砂样对比。
表1 1L反硝化培养基营养成分
表2实施参数
培养过程中，每间隔3h记录移液管读数和产气量变化。并计算1cm3砂样平均产气速率和砂样最终饱和度，如表3所示。由表3可知，温度在4℃～30℃范围内，该微生物浆液在砂土中产气效果良好，且随着温度升高，平均产气效率变快，饱和度略微降低。pH值在5～9范围内，该微生物浆液在砂土中产气效果良好，且随着pH的增加，平均产气效率变快，饱和度略微升高。
表3微生物浆液降饱和度效果
实施例1
将施氏假单胞菌接种至LB培养基，在30℃下振荡培养，24小时后取出培养基，5000rpm离心5分钟，去除上清，用反硝化培养基收集菌株细胞，并利用可见光分光光度计测定光密度OD600。添加适量反硝化培养基至OD600＝0.05，形成微生物浆液。将配制好的微生物浆液注入可液化土层。在上述反硝化培养基中，每升培养液含Na3C6H5O7·2H2O 7g，KNO3 3g，MgSO4·7H2O 0.4g，K2HPO4 2g。
实施例2
将施氏假单胞菌接种至LB培养基，在28℃下振荡培养，36小时后取出培养基，6500rpm离心4分钟，去除上清，用反硝化培养基收集菌株细胞，并利用可见光分光光度计测定光密度OD600。添加适量反硝化培养基将至OD600＝0.07，形成微生物浆液。将配制好的微生物浆液注入可液化土层。在上反硝化述培养基中，每升培养液含Na3C6H5O7·2H2O 5.5g，KNO31g，MgSO4·7H2O 0.1g，K2HPO4 1.5g。
实施例3
将施氏假单胞菌接种至LB培养基，在37℃下振荡培养，20小时后取出培养基，4500rpm离心6分钟，去除上清，用反硝化培养基收集菌株细胞，并利用可见光分光光度计测定光密度OD600。添加适量反硝化培养基将至OD600＝0.10，形成微生物浆液。将配制好的微生物浆液注入可液化土层。在上述培养基中，每升培养液含Na3C6H5O7·2H2O 3.0g，KNO3 3.0g，MgSO4·7H2O 0.4g，K2HPO4 2.5g。
实施例4
将施氏假单胞菌接种至LB培养基，在20℃下振荡培养，42小时后取出培养基，5000pm离心5分钟，去除上清，用反硝化培养基收集菌株细胞，并利用可见光分光光度计测定光密度OD600。添加适量反硝化培养基将至OD600＝0.12，形成微生物浆液。将配制好的微生物浆液注入可液化土层。在上述培养基中，每升培养液含Na3C6H5O7·2H2O 8g，KNO35g，MgSO4·7H2O 0.6g，K2HPO4 3.0g。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于降饱和度处理可液化砂土地基的微生物浆液，其特征在于：每升微生物浆液含有Na3C6H5O7·2H2O 3g～8g、KNO3 1～5g、MgSO4·7H2O 0.1g～0.6g、K2HPO4 1.5g～3g，细菌光密度为0.08～0.12。
2.根据权利要求1所述的用于降饱和度处理可液化砂土地基的微生物浆液，其特征在于：该微生物为一株施氏假单胞菌。
3.根据权利要求1或2所述的用于降饱和度处理可液化砂土地基的微生物浆液的制备方法，其特征在于：将施氏假单胞菌接种至LB培养基，在20～37℃下振荡培养，20～42小时后取出培养液，4500～6500rpm离心4～6分钟，去除上清，用反硝化培养基收集菌株细胞，形成微生物浆液。
4.根据权利要求3所述的用于降饱和度处理可液化砂土地基的微生物浆液的制备方法，其特征在于：所述反硝化培养基的添加量为：使得所述微生物浆液光密度OD600值为0.05～0.12。
5.根据权利要求3所述的用于降饱和度处理可液化砂土地基的微生物浆液的制备方法，其特征在于：所述LB培养基，每升培养基培养液含有胰蛋白胨10g、酵母提取物5g和NaCl10g。
6.根据权利要求3所述的用于降饱和度处理可液化砂土地基的微生物浆液的制备方法，其特征在于：所述每升反硝化培养基中含有Na3C6H5O7·2H2O 3g～8g、KNO3 1～5g、MgSO4·7H2O 0.1g～0.6g、K2HPO4 1.5g～3g。
7.根据权利要求1或2所述的用于降饱和度处理可液化砂土地基的微生物浆液的使用方法，其特征在于：将微生物浆液注入装有砂土的20ml注射器内，搅拌，制成饱和圆柱试样。
8.根据权利要求7所述的用于降饱和度处理可液化砂土地基的微生物浆液的使用方法，其特征在于：用注射器的活塞芯杆推出多余微生物浆液，使饱和圆柱体积与孔隙比分别为10cm3与0.5。
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