CN115032365A - 一种基于改进eicp技术的土体加固研究方法及应用 - Google Patents

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Abstract

一种基于改进EICP技术的土体加固研究方法，涉及土木工程技术领域，包括以下步骤：步骤(1)：脲酶提取及矿化溶液配制；步骤(2)：筛选最优矿化溶液配制方案；步骤(3)：砂柱试样制备；步骤(4)：进行孔隙率实验；步骤(5)：进行渗透率实验；步骤(6)：力学特性实验，获得砂柱的最优加固方案。一种土体加固研究方法的应用，包括应用于土体加固或桩基加固的最优加固方案的筛选中。相比于传统的EICP技术，本发明在改进矿化方案的基础上，通过掺加碳纤维可有效增强土体的渗透系数，粘聚力，密度，导热系数，无侧限抗压强度。

Description

一种基于改进EICP技术的土体加固研究方法及应用
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种基于改进EICP技术的土体加固研究方法及应用。
背景技术
在流砂、山体滑坡、基坑突涌等地质灾害中，微观层面上主要是因为土体结构被流体侵蚀。土体被侵蚀，既有自身粘聚性差的原因，也是因为地下水径流的长期循环作用。地下水在散体沉积土中沿着孔隙渗流，在岩性土中沿着岩石的缝隙流动，表征地下水流动的主要指标包括径流量和流动速度。因此，降低地下水的流量和流动速度，是所有灾害预防处理措施的根本目的。目前，针对注浆加固土体技术的研究，主要有传统的化学注浆加固技术，还有微生物诱导碳酸盐沉淀法(MICP)和脲酶诱导碳酸盐沉淀技术(EICP)。
①化学注浆法是将一定的化学材料(无机或有机材料)配制成溶液，用化学灌浆泵等压送设备将其灌入地层或缝隙内，使其渗透、扩散、胶凝或固化，以增加地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形的一项加固基础，防水堵漏技术。即化学注浆是化学与工程相结合，应用化学科学、化学浆材和工程技术进行基础缺陷处理(加固补强、防渗止水)，保证工程的顺利进行或借以提高工程质量的一项技术。该技术虽然能对土体进行一定程度的加固，但是该技术需要消耗大量的人力物资，而且在实际现场应用中会由于工程体量大而导致施工成本大幅增加。此外，该方法由于在注浆过程中使用对土体有副作用的、不易降解的化学试剂，该方法有可能会改变土体pH值，从而引发严重的环境污染和生态系统紊乱。
②微生物诱导碳酸盐沉淀技术(MICP)是通过产脲酶细菌在土体中促进尿素水解生成碳酸钙沉淀来改良岩土体，该技术具有替代硅酸盐水泥的前景。MICP技术的应用对生产能耗、生产成本要求低，同时能减少温室气体排放。但是，MICP仍然面临很多问题，如注浆处理均匀性问题，MICP研究大多是对粗颗粒土体，对细粒土体(如粉土或粘土)处理的研究较少，因为粉土、黏土等孔隙较小，细菌可能无法注入，而细粒土在自然环境中广泛存在，微生物胶结可能致使胶结效果不均匀；引入外源微生物可能有生物入侵的风险，需要进行微生物生态安全监测；且尿素水解细菌价格昂贵，细菌接种、培养、分离、提纯一系列复杂的操作对于土木工程师来说有极大的难度。
③EICP被认为是一种替代微生物诱导碳酸盐岩沉淀的技术，因为没有生物体直接参与该过程，所以EICP被认为是一种仿生物技术。EICP技术为生物岩土领域向前快速发展提供了新的思路和科学依据。EICP是在土体中混合尿素、氯化钙和脲酶，尿素在酶的催化作用下水解生成铵根离子和碳酸根离子，铵根离子在溶液中提供碱性环境，碳酸根离子和钙离子结合生成碳酸钙沉淀，以此来加固土体。EICP处理可采用多种方式，包括注射、表面渗滤、土体混合和表面喷洒等，可应用于多种土体改良，例如增强边坡稳定，缓和液化，增强地基承载力，抗侵蚀等。通过渗透，喷洒等方式，没有改变土体结构，不需要对土体进行混合，更加适合实际应用。与现有方法相比，EICP作为地基改良方法拥有一些优势，包括没有生物入侵，比较小的环境影响，酶具有降解性，不需要考虑是否有氧，EICP固化试样的强度要比相同处理条件下MICP固化试样的强度要高，EICP比MICP诱导生成的碳酸钙速率更快，达到碳酸钙生成量稳定所需的时间更短。在扬尘控制方面，EICP技术也显示出较强的能力。
然而，单纯的EICP技术仅能单纯的起到固化土体的效果，而且单一的使用该技术时土体具有脆性缺陷特征，矿化后的土壤延性和强度低，并不能达到更好地固化加强土体的作用，对于使用复合材料来加强土体缺少涉及，且该方法缺乏对使用何种水进行豆粉溶解来达到更好效果的研究。
发明内容
本发明提供了一种基于改进EICP技术的土体加固研究方法及应用，目的是解决现有技术中存在的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于改进EICP技术的土体加固研究方法，包括以下步骤：
步骤(1)：脲酶提取及矿化溶液配制；
步骤(2)：筛选最优矿化溶液配制方案；
步骤(3)：砂柱试样制备；
步骤(4)：进行孔隙率实验，并依据孔隙率数值，筛选出砂柱中碳纤维的最佳配比量；
步骤(5)：进行渗透率实验，并依据渗透率数值，筛选出砂柱中碳纤维的最佳配比量；
步骤(6)：力学特性实验，获得砂柱的最优加固方案。
优选的，所述的步骤(1)中，先使用大豆进行脲酶提取，提取的方法为：A、豆粉与水的质量比例为1:5，先将豆粉与水混合，然后使用磁力搅拌器进行搅拌，之后将混合液放入冷柜静置，13h后看到不溶的大颗粒下沉，对溶液进行粗过滤，再对溶液进行离心过滤即得脲酶提取液；B、使用脲酶提取液与化学胶结液以摩尔浓度1:1配制矿化溶液，所述的化学胶结液为尿素与氯化钙的混合液，配制1000ml矿化溶液需要90.1g的尿素和166.48g的氯化钙。
优选的，所述的步骤(1)中，通过豆粉与矿泉水、豆粉与纯水分别配制一号脲酶提取液及二号脲酶提取液，配制矿化溶液时分别使用矿泉水配制的尿素及纯水配制的尿素，进而得到四种配制方案，分别为：通过一号脲酶提取液与矿泉水配制的尿素及氯化钙配制成的一号矿化溶液；通过一号脲酶提取液与纯水配制的尿素及氯化钙配制成的二号矿化溶液；通过二号脲酶提取液与矿泉水配制的尿素及氯化钙配制成的三号矿化溶液；通过二号脲酶提取液与纯水配制的尿素及氯化钙配制成的四号矿化溶液。
优选的，所述的步骤(2)中，分别针对一号脲酶提取液及二号脲酶提取液进行活性试验，所述的活性试验方法为：
先在试管中倒入5ml浓度为3mol/L的尿素溶液、然后向试管中加入4ml的水和1ml的脲酶提取液，加入完毕迅速充分震荡，插入电导率仪的探针，插入后，电导率仪显示器的数字从0开始增长到2ms/ml时，打开秒表，并记此时刻为0min，1min后，记下此时的电导率仪读数，后续依次记下2min、3min、4min、5min时刻的电导率仪的读数，上述方法中，分为4组进行实验，分别为：一号脲酶提取液、矿泉水配制的尿素及水；一号脲酶提取液、纯水配制的尿素及水；二号脲酶提取液、矿泉水配制的尿素及水；二号脲酶提取液、纯水配制的尿素及水；试验过程中，根据下式(1)得出脲酶活性值，依据脲酶活性值结果筛选最优矿化溶液配制方案：
a＝ΔE/Δt×11.11×d (1)
式(1)中，a：脲酶提取液活性表征值，单位(ms/(cm×min))；ΔE：待测溶液在某一时间间隔里电导率的差值，单位(ms/cm)；Δt：间隔时间，单位(min)；d：脲酶提取液被稀释的倍数。
优选的，所述的步骤(2)中，最优矿化溶液配制方案为四号矿化溶液。
优选的，所述的步骤(3)中，砂柱制作若干个，砂柱的制作方法为：在石英砂内掺入质量比为1.4％-0的碳纤维、并充分混匀压实，制成的各个砂柱内的碳纤维含量依次降低。
优选的，所述的步骤(3)中，砂柱的高径比为1.2/1-1.5/1，石英砂的质量设定为48.77g，砂柱共制作8组，各组砂柱的碳纤维的质量分别设置为：
0.68g；0.59g；0.49g；0.39g；0.29g；0.20g；0.01g；0.00g。
优选的，所述的步骤(3)中，用蠕动泵对各个砂柱进行注浆，注浆过程中，先加入纯水使砂柱处于饱和状态，然后依据四号矿化溶液的配制方案进行注浆，注浆方法为：先加入二号脲酶提取液74ml，将纯水配制的尿素与氯化钙混合配制成化学胶溶液，并注入化学胶结液74ml，每次注浆间隔一天，总共进行注浆7次。
优选的，所述的步骤(4)中，将完成注浆后的砂柱使用烘干箱进行烘干，根据下式(2)进行孔隙率计算：
Figure BDA0003656643840000041
式(2)中，n：孔隙率；M：砂柱的干燥质量；V：砂柱的体积；ds：砂柱的颗粒密度；
依据孔隙率计算的结果，筛选出砂柱中碳纤维的最佳配比量。
优选的，所述的步骤(5)中，针对各组砂柱进行变水头渗透试验，并依据下式(3)进行渗透系数计算：
Figure BDA0003656643840000042
式(3)中，k：渗透系数；a：水头测管内截面面积；L：砂柱高度；A：砂柱截面面积；t1：起始时刻；t2：开始后的某一时刻；Δh1：初始时刻水头差；Δh2：t2时刻水头差；
依据渗透系数的计算结果，筛选出砂柱中碳纤维的最佳配比量。
优选的，所述的步骤(6)中，使用无侧限抗压强度仪，对砂柱进行加压测量，根据测出的主裂缝的角度，进行摩擦角和黏聚系数的计算，根据摩擦角和黏聚系数进行无侧限抗压强度的计算；根据摩擦角、黏聚系数、无侧限抗压强度的数值，获得砂柱的最优加固方案。
优选的，所述的最优加固方案包括：综合考虑砂柱的孔隙率、渗透系数、摩擦角、黏聚系数、无侧限抗压强度的数值，筛选出砂柱中碳纤维的最优配比方案，依据该最优配比方案制作成砂柱后，通过四号矿化溶液的配制方案进行注浆。
一种土体加固研究方法的应用，包括：将一种基于改进EICP技术的土体加固研究方法应用于土体加固或桩基加固的最优加固方案的筛选中，并根据筛选结果，将最优加固方案应用于土体加固或桩基加固中。
本发明一种基于改进EICP技术的土体加固研究方法及应用的有益效果：
(1)相比于传统的EICP技术，本发明在改进矿化方案的基础上，通过掺加碳纤维可有效增强土体的渗透系数，粘聚力，密度，导热系数，无侧限抗压强度，使得该方法在工程中有更加广泛的应用，其工程实用性也有更为明显的进步。
(2)相比于传统的EICP技术，本发明可通过直接用纯水进行脲酶的溶解，可大幅度提升脲酶的活性，通过与纯水制备的尿素配合使用可得到最优矿化溶液方案。
(3)本发明可以推广到更多的工程实践中，通过在土体中掺加碳纤维等复合型材料，实现土体的不同加固性能的转换，适用于不同工程环境，同时根据本发明所得的土体的各项性能参数，可形成一套土体加固特性的评价体系，在加固土体领域有一定的指导意义。
附图说明
图1、本发明变水头渗透试验的原理图；
图2、本发明力学特性实验的原理图。
具体实施方式
以下所述，是以阶梯递进的方式对本发明的实施方式详细说明，该说明仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“顶”“底”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
一种基于改进EICP技术的土体加固研究方法，包括以下步骤：
步骤(1)：脲酶提取及矿化溶液配制；
步骤(2)：筛选最优矿化溶液配制方案；
步骤(3)：砂柱试样制备；
步骤(4)：进行孔隙率实验，并依据孔隙率数值，筛选出砂柱中碳纤维的最佳配比量；
步骤(5)：进行渗透率实验，并依据渗透率数值，筛选出砂柱中碳纤维的最佳配比量；
步骤(6)：力学特性实验，获得砂柱的最优加固方案。
实施例2：
在实施例1的基础上，本实施例进一步公开了：
所述的步骤(1)中，先使用大豆进行脲酶提取，提取的方法为：A、豆粉与水的质量比例为1:5，先将豆粉与水混合，然后使用磁力搅拌器进行搅拌，之后将混合液放入冷柜静置，13h后看到不溶的大颗粒下沉，对溶液进行粗过滤，再对溶液进行离心过滤即得脲酶提取液；B、使用脲酶提取液与化学胶结液以摩尔浓度1:1配制矿化溶液，所述的化学胶结液为尿素与氯化钙的混合液，配制1000ml矿化溶液需要90.1g的尿素和166.48g的氯化钙。
所述的步骤(1)中，通过豆粉与矿泉水配制一号脲酶提取液，豆粉与纯水配制二号脲酶提取液，配制矿化溶液时分别使用矿泉水配制的尿素及纯水配制的尿素，进而得到四种配制方案，分别为：通过一号脲酶提取液与矿泉水配制的尿素及氯化钙配制成的一号矿化溶液；通过一号脲酶提取液与纯水配制的尿素及氯化钙配制成的二号矿化溶液；通过二号脲酶提取液与矿泉水配制的尿素及氯化钙配制成的三号矿化溶液；通过二号脲酶提取液与纯水配制的尿素及氯化钙配制成的四号矿化溶液。
所述的步骤(2)中，分别针对一号脲酶提取液及二号脲酶提取液进行活性试验，所述的活性试验方法为：
先在试管中倒入5ml浓度为3mol/L的尿素溶液、然后向试管中加入4ml的水和1ml的脲酶提取液，加入完毕迅速充分震荡，插入电导率仪的探针，插入后，电导率仪显示器的数字从0开始增长到2ms/ml时，打开秒表，并记此时刻为0min，1min后，记下此时的电导率仪读数，后续依次记下2min、3min、4min、5min时刻的电导率仪的读数，上述方法中，分为4组进行实验，分别为：一号脲酶提取液、矿泉水配制的尿素及水；一号脲酶提取液、纯水配制的尿素及水；二号脲酶提取液、矿泉水配制的尿素及水；二号脲酶提取液、纯水配制的尿素及水；电导率的数值结果见表1：
表1脲酶溶液活性测量各时刻电导率值(Ms/cm)
Figure BDA0003656643840000061
试验过程中，根据下式(1)得出脲酶活性值，依据脲酶活性值结果筛选最优矿化溶液配制方案：
a＝ΔE/Δt×11.11×d (1)
式(1)中，a：脲酶提取液活性表征值，单位(ms/(cm×min))；ΔE：待测溶液在某一时间间隔里电导率的差值，单位(ms/cm)；Δt：间隔时间，单位(min)；d：脲酶提取液被稀释的倍数；
通过计算，得到活性值结果如表2所示：
表2各试验组脲酶活性表征值
Figure BDA0003656643840000071
从表2的数值可以看出，最优矿化溶液配制方案为：通过二号脲酶提取液与纯水配制的尿素及氯化钙配制成的四号矿化溶液，该方案中，脲酶的活性最高。
实施例3：
在实施例2的基础上，本实施例进一步公开了：
所述的步骤(3)中，砂柱制作若干个，砂柱的制作方法为：在石英砂内掺入质量比为1.4％-0的碳纤维、并充分混匀压实，制成的各个砂柱内的碳纤维含量依次降低；
所述的步骤(3)中，砂柱的高径比为1.2/1-1.5/1，石英砂的质量设定为48.77g，砂柱共制作8组，各组砂柱的碳纤维的质量分别设置为：
0.68g；0.59g；0.49g；0.39g；0.29g；0.20g；0.01g；0.00g；
所述的步骤(3)中，用蠕动泵对各个砂柱进行注浆，注浆过程中，先加入纯水使砂柱处于饱和状态，然后依据四号矿化溶液的配制方案进行注浆，注浆方法为：先加入二号脲酶提取液74ml，将纯水配制的尿素与氯化钙混合配制成化学胶溶液，并注入化学胶结液74ml，每次注浆间隔一天，总共进行注浆7次。
本实施例中，通过最优矿化溶液配制方案进行注浆，可使脲酶达到最高的活性，从而起到最好的砂柱土体加固效果；通过加入碳纤维，并将各个砂柱的碳纤维配置为不同的质量比，有助于对砂柱的土体加固效果进行更深入的研究。
实施例4：
在实施例3的基础上，本实施例进一步公开了：
所述的步骤(4)中，将完成注浆后的砂柱使用烘干箱进行烘干，根据下式(2)进行孔隙率计算：
Figure BDA0003656643840000072
式(2)中，n：孔隙率；M：砂柱的干燥质量；V：砂柱的体积；ds：砂柱的颗粒密度；
实验中，孔隙率的数值结果见表3：
表3各碳纤维含量下经EICP处理的砂柱的孔隙率
Figure BDA0003656643840000081
从表3可以看出，对于纯砂柱(0％)，在本发明改进的EICP的作用下，其孔隙率为39.1％，较注浆矿化前的孔隙率44％(该数值表中未记载)降低了4.9％。可见改进的EICP注浆矿化法在提高土体的密实度，降低孔隙率上有显著作用。
从表3还可以看出，碳纤维的含量对砂柱的孔隙率产生了较大影响，在碳纤维含量为0％-1.2％时，掺加碳纤维密实了砂柱，降低了砂柱的孔隙率。但当碳纤维掺加量增加到1.4％时，孔隙率又开始增大。即在碳纤维掺加量在1.2％时，砂柱最密实，孔隙率最低，因此，碳纤维掺加量在1.2％时即为砂柱中碳纤维的最佳配比量。
实施例5：
在实施例4的基础上，本实施例进一步公开了：
所述的步骤(5)中，针对各组砂柱进行变水头渗透试验，并依据下式(3)进行渗透系数计算：
Figure BDA0003656643840000082
式(3)中，k：渗透系数；a：水头测管内截面面积；L：砂柱高度；A：砂柱截面面积；t1：起始时刻；t2：开始后的某一时刻；Δh1：初始时刻水头差；Δh2：t2时刻水头差；
依据渗透系数的计算结果，筛选出砂柱中碳纤维的最佳配比量。
如图1所示，将砂柱放入针筒样的容器中，该容器的侧壁上部设有溢流孔，底部设有出水口。实验时，先从砂柱顶部倒水，直到有水从出水口流出，将水头测管的底端与出水口连接，打开开关，并向水头测管内加水，当有水从溢流孔流出时停止加水，并开始记录上述式(3)中的数据，渗透系数计算结果如表4所示：
表4砂柱渗透系数测量表
Figure BDA0003656643840000083
Figure BDA0003656643840000091
从表4可以看出，未矿化的砂柱的渗透率为2.08*10-3cm/s，而进行一个周期的改进EICP法矿化后的砂柱，其渗透率为4.50*10-5cm/s，渗透率降低了两个数量级。
从表4还可以看出，在改进EICP矿化法和碳纤维共同作用下，增加砂柱中碳纤维的百分比，砂柱的渗透率有一定程度的下降。每增加0.2％的碳纤维，砂柱的渗透系数平均约降低0.413*10-5cm/s。碳纤维百分比含量达到1.2是该规律的转折点，当碳纤维百分比含量从1.2上升到1.4时，砂柱的渗透系数反而增大到3.43*10-5cm/s。依据渗透系数的计算结果，筛选出砂柱中碳纤维的最佳配比量为：矿化条件下，碳纤维掺加量在1.2％时，砂柱的渗透系数最低。
实施例6：
在实施例5的基础上，本实施例进一步公开了：
所述的步骤(6)中，使用无侧限抗压强度仪，对砂柱进行加压测量，根据测出的主裂缝的角度，进行摩擦角和黏聚系数的计算，根据摩擦角和黏聚系数进行无侧限抗压强度的计算；根据摩擦角、黏聚系数、无侧限抗压强度的数值，获得砂柱的最优加固方案；
所述的步骤(6)中，所述的最优加固方案包括：综合考虑砂柱的孔隙率、渗透系数、摩擦角、黏聚系数、无侧限抗压强度的数值，筛选出砂柱中碳纤维的最优配比方案，依据该最优配比方案制作成砂柱后，通过四号矿化溶液的配制方案进行注浆。
本实施例中，测试所用仪器为应变式无侧限抗压强度仪，该仪器轴向每产生0.01mm的位移，可对砂柱施加2.4792N的轴向力。如图2所示，将准备好的砂柱试样放在仪器上，调整底部高度，使试样恰好与上压片接触，然后调整测力表使此刻读数为0mm。做好上述准备工作后，开始缓慢加压，进行测量。测量结果见表5所示：
表5砂柱力学强度参数表
Figure BDA0003656643840000092
Figure BDA0003656643840000101
表5表明，石英砂的初始摩擦角为33.7°，在改进EICP注浆法矿化的作用下，砂柱的摩擦角达到了58.3°，注浆矿化作用使摩擦角增加了约73％。这显示出EICP注浆矿化法对增加土体摩擦角的显著效果。随着砂柱中碳纤维掺量的增加，砂柱的摩擦角不断降低。当碳纤维掺量达到1.4％时，砂柱摩擦角为17.5°，只有石英砂初始摩擦角的一半。随着掺加碳纤维的百分比的增加，土体的粘聚力表现出来的规律相反，其粘聚力不断增加，当碳纤维掺量为1.2％时，达到峰值453.87kpa。
综合考虑砂柱的孔隙率、渗透系数、摩擦角、黏聚系数、无侧限抗压强度的数值，筛选出砂柱中碳纤维掺加量的最优配比为1.2％，依据该配比制作成砂柱后，通过四号矿化溶液的配制方案进行注浆即为最优加固方案。
实施例7：
在以上实施例的基础上，本实施例进一步公开了：
一种土体加固研究方法的应用，包括：将一种基于改进EICP技术的土体加固研究方法应用于土体加固或桩基加固的最优加固方案的筛选中，并根据筛选结果，将最优加固方案应用于土体加固或桩基加固中。
需要说明的是，本发明中所用到的纯水也可以为去离子水。

Claims (10)

1.一种基于改进EICP技术的土体加固研究方法，其特征为：包括以下步骤：
步骤(1)：脲酶提取及矿化溶液配制；
步骤(2)：筛选最优矿化溶液配制方案；
步骤(3)：砂柱试样制备；
步骤(4)：进行孔隙率实验，并依据孔隙率数值，筛选出砂柱中碳纤维的最佳配比量；
步骤(5)：进行渗透率实验，并依据渗透率数值，筛选出砂柱中碳纤维的最佳配比量；
步骤(6)：力学特性实验，获得砂柱的最优加固方案。
2.如权利要求1所述的一种基于改进EICP技术的土体加固研究方法，其特征为：所述的步骤(1)中，先使用大豆进行脲酶提取，提取的方法为：A、豆粉与水的质量比例为1:5，先将豆粉与水混合，然后使用磁力搅拌器进行搅拌，之后将混合液放入冷柜静置，13h后看到不溶的大颗粒下沉，对溶液进行粗过滤，再对溶液进行离心过滤即得脲酶提取液；B、使用脲酶提取液与化学胶结液以摩尔浓度1:1配制矿化溶液，所述的化学胶结液为尿素与氯化钙的混合液，配制1000ml矿化溶液需要90.1g的尿素和166.48g的氯化钙；
所述的步骤(1)中，通过豆粉与矿泉水、豆粉与纯水分别配制一号脲酶提取液及二号脲酶提取液，配制矿化溶液时分别使用矿泉水配制的尿素及纯水配制的尿素，进而得到四种配制方案，分别为：通过一号脲酶提取液与矿泉水配制的尿素及氯化钙配制成的一号矿化溶液；通过一号脲酶提取液与纯水配制的尿素及氯化钙配制成的二号矿化溶液；通过二号脲酶提取液与矿泉水配制的尿素及氯化钙配制成的三号矿化溶液；通过二号脲酶提取液与纯水配制的尿素及氯化钙配制成的四号矿化溶液。
3.如权利要求2所述的一种基于改进EICP技术的土体加固研究方法，其特征为：所述的步骤(2)中，分别针对一号脲酶提取液及二号脲酶提取液进行活性试验，所述的活性试验方法为：
先在试管中倒入5ml浓度为3mol/L的尿素溶液、然后向试管中加入4ml的水和1ml的脲酶提取液，加入完毕迅速充分震荡，插入电导率仪的探针，插入后，电导率仪显示器的数字从0开始增长到2ms/ml时，打开秒表，并记此时刻为0min，1min后，记下此时的电导率仪读数，后续依次记下2min、3min、4min、5min时刻的电导率仪的读数，上述方法中，分为4组进行实验，分别为：一号脲酶提取液、矿泉水配制的尿素及水；一号脲酶提取液、纯水配制的尿素及水；二号脲酶提取液、矿泉水配制的尿素及水；二号脲酶提取液、纯水配制的尿素及水；试验过程中，根据下式(1)得出脲酶活性值，依据脲酶活性值结果筛选最优矿化溶液配制方案：
a＝ΔE/Δt×11.11×d (1)
式(1)中，a：脲酶提取液活性表征值，单位(ms/(cm×min))；ΔE：待测溶液在某一时间间隔里电导率的差值，单位(ms/cm)；Δt：间隔时间，单位(min)；d：脲酶提取液被稀释的倍数；
经过筛选，最优矿化溶液配制方案为四号矿化溶液。
4.如权利要求3所述的一种基于改进EICP技术的土体加固研究方法，其特征为：所述的步骤(3)中，砂柱制作若干个，砂柱的制作方法为：在石英砂内掺入质量比为1.4％-0的碳纤维、并充分混匀压实，制成的各个砂柱内的碳纤维含量依次降低。
5.如权利要求4所述的一种基于改进EICP技术的土体加固研究方法，其特征为：所述的步骤(3)中，砂柱的高径比为1.2/1-1.5/1，石英砂的质量设定为48.77g，砂柱共制作8组，各组砂柱的碳纤维的质量分别设置为：
0.68g；0.59g；0.49g；0.39g；0.29g；0.20g；0.01g；0.00g。
6.如权利要求5所述的一种基于改进EICP技术的土体加固研究方法，其特征为：所述的步骤(3)中，用蠕动泵对各个砂柱进行注浆，注浆过程中，先加入纯水使砂柱处于饱和状态，然后依据四号矿化溶液的配制方案进行注浆，注浆方法为：先加入二号脲酶提取液74ml，将纯水配制的尿素与氯化钙混合配制成化学胶溶液，并注入化学胶结液74ml，每次注浆间隔一天，总共进行注浆7次。
7.如权利要求6所述的一种基于改进EICP技术的土体加固研究方法，其特征为：所述的步骤(4)中，将完成注浆后的砂柱使用烘干箱进行烘干，根据下式(2)进行孔隙率计算：
Figure FDA0003656643830000021
式(2)中，n：孔隙率；M：砂柱的干燥质量；V：砂柱的体积；ds：砂柱的颗粒密度；依据孔隙率计算的结果，筛选出砂柱中碳纤维的最佳配比量。
8.如权利要求7所述的一种基于改进EICP技术的土体加固研究方法，其特征为：所述的步骤(5)中，针对各组砂柱进行变水头渗透试验，并依据下式(3)进行渗透系数计算：
Figure FDA0003656643830000022
式(3)中，k：渗透系数；a：水头测管内截面面积；L：砂柱高度；A：砂柱截面面积；t1：起始时刻；t2：开始后的某一时刻；Δh1：初始时刻水头差；Δh2：t2时刻水头差；
依据渗透系数的计算结果，筛选出砂柱中碳纤维的最佳配比量。
9.如权利要求8所述的一种基于改进EICP技术的土体加固研究方法，其特征为：所述的步骤(6)中，使用无侧限抗压强度仪，对砂柱进行加压测量，根据测出的主裂缝的角度，进行摩擦角和黏聚系数的计算，根据摩擦角和黏聚系数进行无侧限抗压强度的计算；根据摩擦角、黏聚系数、无侧限抗压强度的数值，获得砂柱的最优加固方案：所述的最优加固方案包括：综合考虑砂柱的孔隙率、渗透系数、摩擦角、黏聚系数、无侧限抗压强度的数值，筛选出砂柱中碳纤维的最优配比方案，依据该最优配比方案制作成砂柱后，通过四号矿化溶液的配制方案进行注浆。
10.一种土体加固研究方法的应用，其特征为，包括：将一种基于改进EICP技术的土体加固研究方法应用于土体加固或桩基加固的最优加固方案的筛选中，并根据筛选结果，将最优加固方案应用于土体加固或桩基加固中。
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