微生物固化钙质砂机理与强度特性多尺度研究
批准号:
52108303
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
吴焕然
依托单位:
学科分类:
岩土与基础工程
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴焕然
中文摘要
微生物固化钙质砂是一种利用微生物诱导矿物沉积,胶结钙质砂颗粒而提高强度的绿色环保加固方法,在我国岛礁吹填工程的加固和修复中具有广阔的应用前景;微生物固化钙质砂的胶结-损伤机理与强度特性具有多尺度特征,而国内外相关研究尚不深入,亟需开展系统性多尺度研究。本项目拟通过微生物加固钙质砂,开展颗粒尺度拉-压-剪强度试验、单元尺度压缩-三轴剪切试验与宏观尺度的模型试验;系统研究不同尺度下胶结-破裂机理与破坏模式;建立微生物加固钙质砂的颗粒尺度拉-压-剪破裂方程与单元尺度强度破坏准则;构建全面考虑微生物胶结-结构损伤机理的多尺度力学模型;提出微生物固化钙质砂力学特性的有限元-离散元耦合多尺度计算方法。本项目聚焦于多学科-多尺度机理和理论模型研究,预期研究成果在岩土工程绿色固化方法中具有重要理论和工程实际意义。
英文摘要
Biocementation of calcareous sands is an environment-friendly reinforcement method, which cements calcareous sand with microbially induced carbonate to increase its strength. This method has a promising application prospect in the reinforcement and restoration of dredging islands in the South China Sea. The cementation-damage mechanism and mechanical characteristics of biocemented calcareous sands are multiscale in nature, which has not been thoroughly investigated. Hence, it is urgent to conduct a systematic multiscale study on this topic. Tensile, compressive, and shear strength tests on the particle scale, oedometer tests and triaxial shear tests on element-scale specimens, and physical model tests on the macro scale will be conducted to systematically investigate the multiscale cementation-damage mechanisms and failure patterns. The tensile, compressive and shear failure criteria of the interparticle cementation and yielding surface of the element-scale specimen will be established, based on which a multiscale numerical model comprehensively considering the biocementation effect and microstructure damage will be built. Finally, an FEM-DEM coupled multiscale approach, specifically designed for biocemented calcareous sands, will be established for evaluating its mechanical performance. This project focuses on multidisciplinary and multiscale mechanisms and theoretical models. The expected outputs will advance the green reinforcement theory and promote its engineering application.
微生物固化钙质砂是一种利用微生物诱导矿物沉积,胶结钙质砂颗粒而提高强度的绿色环保加固方法;微生物固化钙质砂的胶结-损伤机理与强度特性具有多尺度特征,而国内外相关研究尚不深入。本项目围绕“微生物固化钙质砂机理与强度特性”开展系统性多尺度研究,完成的主要工作包括:探索了微生物固化砂土强度增长机理,提出了砂土多尺度微生物固化方法;开展了颗粒尺度微生物胶结压缩、拉伸特性试验研究,探明了颗粒材料、颗粒形状、颗粒间距、加固程度等因素对微生物胶结拉压特性的影响;开展微了生物加固砂土无侧限压缩与劈裂抗拉试验研究,揭示了颗粒材料、加固程度和尺寸效应等因素对微生物加固砂土宏观力学特性的影响;引入粘性细粒作为胶结剂,建立考虑胶结效应与微细观结构的微生物固化砂土离散元模型,分析了四种典型碳酸钙沉积模式对微生物固化砂土强度变形特性的影响,建立了固化体强度与待加固体初始结构和胶结效应间的量化关系。依托本项目发表SCI论文8篇;做国内外学术报告4次;发布开源代码1例。项目成果丰富了岩土工程绿色固化技术与多尺度计算分析方法,为微生物固化技术在砂土地基加固中的应用提供了理论支撑。
微生物矿化修复岩体裂隙结晶相变机理与多尺度破裂模型
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批准号:42377155
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项目类别:面上项目
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资助金额:49万元
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批准年份:2023
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负责人:吴焕然
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依托单位:
国内基金
海外基金