微生物加固黏土的影響因素與機(jī)理分析

張銀峰，萬曉紅，李 娜，趙衛(wèi)全，陳 筠

（1.貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；3.貴州理工學(xué)院，貴州 貴陽 550003）

1 研究背景

隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，遇到的不良土體越來越多。通常采用添加水泥、石灰、粉煤灰或有機(jī)材料來加固土體，但該類材料環(huán)保性差［1］。因此，進(jìn)一步研究不良土體的加固替代技術(shù)，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型處理至關(guān)重要。1973年Boquet等［2］發(fā)現(xiàn)自然中某些微生物菌種可以利用自身生命活動(dòng)誘導(dǎo)碳酸鈣沉積的現(xiàn)象；2004年Whiffin［3］率先提出采用微生物誘導(dǎo)碳酸鈣技術(shù)膠結(jié)松散砂顆粒，以提高砂土的強(qiáng)度和剛度等宏觀力學(xué)性質(zhì)；2005年Mitchell等［4］明確指出了微生物改性巖土體的廣泛應(yīng)用價(jià)值及潛力。隨后在國(guó)內(nèi)外掀起了研究微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀（MICP）技術(shù)及其工程應(yīng)用的熱潮。

尿素水解是一種常用的微生物誘導(dǎo)生成碳酸鈣的方式，其機(jī)理是微生物通過自身新陳代謝活動(dòng)產(chǎn)生高活性的脲酶，將尿素水解成銨根離子（NH4+）和碳酸根離子（CO32-），與外界提供的鈣源接觸后生成具有膠結(jié)性能的碳酸鈣沉淀，通過充填孔隙、膠結(jié)巖土顆粒，進(jìn)而達(dá)到提升巖土體力學(xué)性質(zhì)的目的。在整個(gè)生化反應(yīng)過程中，微生物起到兩個(gè)核心作用，一是為尿素水解提供脲酶，二是為碳酸鈣晶體提供晶核，不產(chǎn)生毒性物質(zhì)及其他副產(chǎn)物［5-6］。因MICP加固技術(shù)具有生態(tài)環(huán)保、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，因而近年來國(guó)內(nèi)外研究者逐漸將其應(yīng)用于工程材料領(lǐng)域。程曉輝等［7］通過中型振動(dòng)三軸和小型振動(dòng)臺(tái)，實(shí)測(cè)和研究MICP低壓灌漿加固的砂樣和模型地基的動(dòng)力性能，結(jié)果表明MICP灌漿加固砂樣的抗液化性能有大幅提高；Lian等［8］通過生物灌漿方式加固砂柱，其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)1.91 MPa，滲透系數(shù)降低了三個(gè)數(shù)量級(jí)；支永艷等［9］將微生物加固技術(shù)應(yīng)用于裂隙巖體灌漿加固，微生物灌漿加固后，不同圍壓和滲透水壓力作用下裂隙巖樣的單位時(shí)間滲流量減小了80.12%～90.04%，滲透系數(shù)達(dá)到10-6cm/s數(shù)量級(jí)；錢春香等［10］提出MICP技術(shù)能對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行自我修復(fù)；劉士雨等［11］應(yīng)用MICP技術(shù)修復(fù)和保護(hù)三合土遺址，發(fā)現(xiàn)裂隙越小其修復(fù)能力越顯著，恢復(fù)率隨著裂縫寬度的減小呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)；王子文等［12］利用MICP固化淤泥質(zhì)土強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)固化后的抗剪強(qiáng)度明顯提高，內(nèi)摩擦角可提高3.96～5.52倍；劉璐等［13］將MICP技術(shù)應(yīng)用于堤壩加固，以改善堤壩表層砂土的力學(xué)性能；許燕波等［14］基于生物礦化原理，用碳酸鈣固結(jié)重金屬離子，使得土壤中活潑的重金屬離子轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}礦物態(tài)，降低其危險(xiǎn)；Gu等［15］將MICP技術(shù)應(yīng)用在風(fēng)蝕方面，可抑制砂土揚(yáng)塵。

目前MICP加固的研究對(duì)象主要為砂土，針對(duì)黏性土MICP改性的研究較少，原因是與砂土相比，黏性土顆粒粒徑和孔隙小，滲透性低，不利于微生物在土體中遷移，如果利用灌漿的方式將菌液和膠結(jié)液加入到土體中，會(huì)出現(xiàn)注漿過程中發(fā)生碳酸鈣充填孔隙，漿液擴(kuò)散受限和擴(kuò)散不均勻的情況，從而制約了MICP技術(shù)對(duì)黏土的加固效果［16］。余夢(mèng)等［17］利用灌漿的方式將菌液和膠結(jié)液加入到膨脹土中，發(fā)現(xiàn)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最大僅200 kPa，遠(yuǎn)低于壓實(shí)土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。國(guó)內(nèi)外單純針對(duì)微生物培養(yǎng)因素研究較多，對(duì)尿素水解以及碳酸鈣沉淀加固過程影響因素的研究較少。本研究采用將菌液和膠結(jié)液與土顆?；旌蠑嚢璧姆绞郊庸甜ね粒ㄟ^對(duì)微生物培養(yǎng)以及尿素水解的影響因素分析，探討不同因素下碳酸鈣生成量和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的變化，以及碳酸鈣生成量與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度關(guān)系，得到尿素水解以及微生物加固土養(yǎng)護(hù)方式的優(yōu)化方案，并結(jié)合微觀分析研究微生物加固黏土的加固機(jī)理。

2 試樣制備

2.1 細(xì)菌培養(yǎng)與保存 試驗(yàn)選用的微生物菌種為巴氏芽孢桿菌（Sporosarcina pasteurii），編號(hào)為BNCC 337394。根據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容選用A、B兩組液體培養(yǎng)基進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。培養(yǎng)基成分見表1。

表1 A、B兩組培養(yǎng)液成分

2.2 細(xì)菌膠結(jié)液配制 膠結(jié)液主要為微生物誘導(dǎo)生成碳酸鈣過程提供尿素以及鈣離子。本次試驗(yàn)?zāi)z結(jié)液由相同摩爾比的尿素和氯化鈣組成，試驗(yàn)采用的濃度有0.5 mol/L、1 mol/L、1.5 mol/L和2 mol/L的混合液。

2.3 試樣制備 試驗(yàn)所用黏土取自引江濟(jì)淮工程小合分線某段黏土作為試驗(yàn)土樣，顏色呈黃褐色，粒度成分中以黏土顆粒為主，其主要物理性質(zhì)指標(biāo)如表2所示。

表2 黏土的物理性質(zhì)指標(biāo)

依照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123-2019）［18］將取來的擾動(dòng)土放入烘箱，在105℃下烘足10小時(shí)后碾壓過2 mm篩，取過篩的風(fēng)干土1～5kg，菌液和膠結(jié)液以1∶1的比例混合后加入土中。通過擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)得重塑土的最優(yōu)含水率為18%，微生物加固土的最優(yōu)含水率為20%。根據(jù)最優(yōu)含水率用噴霧器將菌液和膠結(jié)液的混合液噴灑到土上，混合攪拌均勻后保鮮袋密封潤(rùn)濕一晝夜，制取直徑為39.1 mm，高為80 mm的標(biāo)準(zhǔn)抗壓試樣。

3 微生物加固黏土試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方案 為研究不同因素對(duì)微生物培養(yǎng)和微生物加固黏土的影響，了解微生物加固黏土的加固機(jī)理，進(jìn)行了一系列試驗(yàn)分析。具體試驗(yàn)方案見表3，共做試驗(yàn)303次。

表3 試驗(yàn)方案

3.2 試驗(yàn)方法

（1）細(xì)菌濃度。細(xì)菌數(shù)量通過吸光度（比濁法）測(cè)試法測(cè)量，其原理是菌液中細(xì)菌的數(shù)量與菌液的濃度成正比，菌液濃度又與吸光值成正比，因此只需要測(cè)菌液在一定濃度下的吸光值即可計(jì)算出細(xì)菌數(shù)量。細(xì)菌濃度可用分光光度計(jì)在600 nm波長(zhǎng)下的吸光度來表示，本文直接使用OD600值來表示細(xì)菌濃度。

（2）脲酶活性。將10 mL待測(cè)細(xì)菌溶液與90 mL 1.1 mol/L尿素溶液混合放在磁懸浮攪拌器上攪拌，在25℃下使用電導(dǎo)率儀測(cè)試5 min內(nèi)電導(dǎo)率的變化值，加權(quán)平均之后得出5 min之內(nèi)電導(dǎo)率每分鐘的變化值。根據(jù)Whiffin［3］得到的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，1 ms/min的電導(dǎo)率變化對(duì)應(yīng)11 mM urea hydrolysed/min的尿素水解量?？梢詫⑵骄糠昼婋妼?dǎo)率變化值（ms/min）換算成單位時(shí)間脲酶水解的尿素量，并乘以稀釋倍數(shù)10，得到待測(cè)菌液每分鐘水解尿素量（mM urea hydrolysed/min），本文用此值來表示脲酶活性。

（3）無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。將制備好的式樣放置在萬能試驗(yàn)機(jī)上，以1 mm/min勻速加載速度進(jìn)行加壓試驗(yàn)，繪制各種影響條件下微生物加固土的應(yīng)力—應(yīng)變曲線，并分析其力學(xué)性質(zhì)的變化特征。

（4）碳酸鈣含量。使用鹽酸洗滌法來測(cè)量微生物加固黏土所生成碳酸鈣的量。將5 g樣品與25 mL 1 mol/L鹽酸混合，用玻璃棒攪拌5 min加速溶解碳酸鈣。然后將混合液倒入鋪有濾紙的漏斗，用蒸餾水洗滌20 min。該洗滌過程的目的是從土顆粒中除去所有可溶性鈣。然后將殘留在濾紙上的所有固體顆粒連同濾紙一起放入烘箱干燥并稱重。前后的質(zhì)量差即為碳酸鈣的含量［19］。

（5）微觀測(cè)試。將微生物加固樣品在30℃養(yǎng)護(hù)7 d，并在室溫下風(fēng)干7 d，選取新鮮面進(jìn)行噴金后，通過掃描電鏡（SEM）和X射線色散能譜（EDS）來分析微生物誘導(dǎo)生成碳酸鈣的形態(tài)、大小、分布狀況以及樣品的化學(xué)成分。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 細(xì)菌活性和濃度的影響因素 尿素水解是微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀生物礦化作用中主要方式之一，因其水解機(jī)理簡(jiǎn)單，反應(yīng)過程容易控制，所以基于尿素水解的MICP一直作為主流的碳酸鈣生物礦化技術(shù)被人們廣泛應(yīng)用。尿素水解的MICP是基于一種高產(chǎn)脲酶的芽孢桿菌，因此培養(yǎng)出高活性和高濃度的微生物至關(guān)重要。

4.1.1 培養(yǎng)溫度的影響 圖1為微生物在不同培養(yǎng)溫度下細(xì)菌濃度和脲酶活性隨培養(yǎng)時(shí)間的變化曲線。由圖1可知：隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，微生物進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，細(xì)菌濃度和活性逐漸增加，在相同時(shí)間下，30℃培養(yǎng)溫度下的菌液活性和濃度最高，25℃次之。這是因?yàn)榘褪涎挎邨U菌在適宜的培養(yǎng)溫度下可以快速生長(zhǎng)繁殖，溫度過低會(huì)影響細(xì)菌各種生化反應(yīng)的協(xié)調(diào)一致性，從而降低細(xì)菌的新陳代謝，抑制其生長(zhǎng)繁殖的速度。溫度過高可能會(huì)改變微生物的形態(tài)和代謝等，導(dǎo)致微生物死亡［20］。

圖1 不同培養(yǎng)溫度下細(xì)菌濃度和脲酶活性隨培養(yǎng)時(shí)間的變化曲線

4.1.2 培養(yǎng)基pH值的影響 圖2為不同pH值下，細(xì)菌濃度和脲酶活性隨培養(yǎng)時(shí)間的變化曲線。由圖可知，細(xì)菌在不同pH的培養(yǎng)基中，細(xì)菌濃度隨培養(yǎng)時(shí)間增加而增加，pH值為9和11的濃度相對(duì)更高一點(diǎn)。脲酶活性在pH為5的培養(yǎng)基中幾乎無變化，pH為7的培養(yǎng)基中活性變化小，pH值為9和11活性相比高出很多，說明巴氏芽孢桿菌適宜在弱堿環(huán)境中生長(zhǎng)繁殖。酸性和強(qiáng)堿環(huán)境下微生物活性降低甚至死亡。

圖2 不同PH值下細(xì)菌濃度和脲酶活性隨培養(yǎng)時(shí)間的變化曲線

4.1.3 接種量的影響 微生物活化成功后需進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)來獲得大量的微生物菌液，通常將有一定活性的菌液按照一定比例加入到經(jīng)過殺菌消毒后的培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)。而不同的接種比例也會(huì)影響擴(kuò)大培養(yǎng)微生物的活性和濃度。

圖3為不同接種量下，微生物脲酶活性和濃度隨培養(yǎng)時(shí)間變化曲線。由圖3可知，隨著培養(yǎng)時(shí)間增加，濃度和脲酶活性均增加，接種量為5%的菌液活性和濃度相比其他接種比例高，隨著接種量的增加，細(xì)菌活性和濃度逐漸減少。這是因?yàn)榻臃N量過多，會(huì)因細(xì)菌增加過快和接種而移入過多的代謝廢物，導(dǎo)致菌種容易衰老，不利于菌種高產(chǎn)。接種量太少，細(xì)菌增長(zhǎng)緩慢，培養(yǎng)時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)會(huì)降低菌種活性。接種量適宜，同時(shí)會(huì)降低菌種活性。接種量適宜，既能保證合理縮短培養(yǎng)周期，又能得到較高活性的菌種［21］。可得到巴氏芽孢桿菌的適宜接種量約為5%。

圖3 不同接種量下細(xì)菌濃度和脲酶活性隨培養(yǎng)時(shí)間的變化曲線

4.1.4 培養(yǎng)基種類的影響 試驗(yàn)選取ATCC 1376 NH4-YE推薦的培養(yǎng)基（A）和北納創(chuàng)聯(lián)生物技術(shù)推薦的培養(yǎng)基（B）兩種培養(yǎng)基進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，對(duì)比兩種培養(yǎng)基在相同培養(yǎng)環(huán)境下，細(xì)菌濃度和脲酶活性的變化，獲得適合巴氏芽孢桿菌擴(kuò)大培養(yǎng)的培養(yǎng)基。

圖4為A、B兩種培養(yǎng)基的細(xì)菌濃度和脲酶活性隨培養(yǎng)時(shí)間的變化曲線。由4圖可知，A、B兩種培養(yǎng)基的細(xì)菌濃度差距不明顯，但A類培養(yǎng)基的脲酶活性比B類的高87.7%。同細(xì)菌濃度下，脲酶活性越強(qiáng)其尿素水解能力越強(qiáng)，得到A類培養(yǎng)基更適合作為巴氏芽孢桿菌的培養(yǎng)基進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。

圖4 不同培養(yǎng)基下細(xì)菌濃度和脲酶活性隨培養(yǎng)時(shí)間的變化曲線

4.2 微生物誘導(dǎo)碳酸鈣生成量的影響因素研究 尿素水解過程中，微生物充當(dāng)催化劑的作用，主要反應(yīng)物為（CO（NH2）2）和Ca2+主要產(chǎn)物為CaCO3。微生物菌種數(shù)量和脲酶活性在一定程度上影響脲酶水解尿素的能力，但并非起決定性作用。尿素和Ca2+濃度、菌液與膠結(jié)液配比、養(yǎng)護(hù)天數(shù)和養(yǎng)護(hù)溫度等均會(huì)影響脲酶水解生成碳酸鈣的量，從而影響微生物加固土體的效果。

圖5為不同影響因素下，微生物誘導(dǎo)碳酸鈣生成量和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的變化曲線。從碳酸鈣含量曲線可得前7 d碳酸鈣生成量增長(zhǎng)較快，基本呈線性增長(zhǎng)后逐漸趨于穩(wěn)定。這是因前期菌液沒能充分水解尿素，隨著時(shí)間的遞增，尿素水解逐漸增多，養(yǎng)護(hù)7 d后，尿素已基本水解完成，碳酸鈣新生成量變化并不明顯。在不同溫度養(yǎng)護(hù)條件下，溫度為25℃～30℃的碳酸鈣生成量最多，這是因?yàn)樵撐⑸镞m合生長(zhǎng)繁殖的溫度環(huán)境為25℃～30℃，在適宜溫度環(huán)境下，微生物的脲酶活性強(qiáng)，誘導(dǎo)尿素水解的能力也得到提升，從而提高尿素水解效率，獲得更多的（NH4+），結(jié)合Ca2+生成更多的碳酸鈣。在菌液與不同膠結(jié)液濃度等體積混合條件下，可以看出碳酸鈣生成量與膠結(jié)液濃度成正相關(guān)關(guān)系，隨著膠結(jié)液濃度的增加而增強(qiáng)。但是濃度過高可能改變微生物生長(zhǎng)環(huán)境，影響脲酶活性，抑制尿素水解，膠結(jié)液濃度應(yīng)可根據(jù)脲酶活性強(qiáng)弱適當(dāng)增加或降低。在不同菌液與膠結(jié)液配比條件下，由圖5可知，隨著膠結(jié)液體積的減少，碳酸鈣生成量逐漸降低。從膠結(jié)液濃度和菌液與膠結(jié)液配比試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在保證微生物脲酶活性的條件下，微生物誘導(dǎo)生成碳酸鈣的量隨（CO（NH2）2）和Ca2+含量的增加而增加。結(jié)合無側(cè)限抗壓強(qiáng)度曲線可以得到，不同影響因素下，抗壓強(qiáng)度與碳酸鈣含量均呈正相關(guān)，微生物誘導(dǎo)生成的碳酸鈣含量越多，土顆粒膠結(jié)越好，土體孔隙減小，微生物加固土的強(qiáng)度越高。

圖5 不同影響因素下碳酸鈣含量和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的變化曲線

4.3 微生物加固黏土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的應(yīng)力-應(yīng)變曲線 不同影響因素下無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的應(yīng)力-應(yīng)變曲線變化趨勢(shì)基本一致，現(xiàn)以不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下，微生物加固黏土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的應(yīng)力應(yīng)變曲線為例（1 d、3 d…30 d表示養(yǎng)護(hù)天數(shù)），取應(yīng)力應(yīng)變曲線中峰值應(yīng)力為峰值強(qiáng)度，峰值應(yīng)力對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?yōu)槠茐膽?yīng)變進(jìn)行分析。由圖6可知，隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，峰值強(qiáng)度逐漸增高。與重塑黏土相比，養(yǎng)護(hù)3 d后的微生物加固土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度可提升約48%，養(yǎng)護(hù)7 d可提升約52%，便于施工養(yǎng)護(hù)3天即可。隨著峰值強(qiáng)度的增加，破壞應(yīng)變逐漸減小，由重塑土的11%降低到3%左右，破壞應(yīng)變降低約70%。當(dāng)土體應(yīng)力達(dá)到峰值破壞后，重塑黏土應(yīng)力下降緩慢，微生物加固黏土應(yīng)力下降速迅速，說明微生物加固黏土增強(qiáng)了土的脆性。

圖6 不同養(yǎng)護(hù)天數(shù)下重塑黏土與微生物加固黏土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的應(yīng)力—應(yīng)變曲線

4.4 微生物加固土的微觀分析 采用掃描電鏡和X射線能譜儀相結(jié)合的方法，進(jìn)一步了解微生物誘導(dǎo)碳酸鈣的形貌以及加固后化學(xué)成分變化。如圖7為1000倍數(shù)下重塑黏土的SEM圖，可以看出土體孔隙較多，通過對(duì)該區(qū)域進(jìn)行EDS分析，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域Ca元素的原子含量?jī)H有0.41%，說明重塑土中Ca元素存在極少。圖8（a）為菌液和膠結(jié)液直接混合后生成碳酸鈣放大500倍的SEM圖，可以看出微生物誘導(dǎo)生成的碳酸鈣為球狀的霰石晶體。圖8（b）放大到2000倍發(fā)現(xiàn)類似“鱗片”狀的晶體。圖9（a）為微生物加固土局部放大2000倍下的微觀圖，可以看出土體的密實(shí)比較好，孔隙相比重塑黏土少了許多。圖9（b）是在圖9（a）的基礎(chǔ)上放大到5000倍，可以更加清楚的看到土體表面及顆粒間形成大量晶體，大小、形態(tài)多不規(guī)則，通過對(duì)孔隙填充部分（圖中標(biāo)記處）進(jìn)行EDS分析，發(fā)現(xiàn)Ca元素的原子含量為2.59%，推測(cè)填充物為碳酸鈣。

圖7 重塑土的SEM和EDS圖

圖8 微生物誘導(dǎo)生成碳酸鈣的SEM和EDS圖

圖9 微生物加固土的SEM和EDS圖

采用PCAS圖像處理軟件，對(duì)放大2000倍重塑黏土和微生物加固土的SEM圖像進(jìn)行孔隙定量分析［22］，如圖10所示，獲得相關(guān)參數(shù)見表4?？梢园l(fā)現(xiàn)，閾值越大，孔隙面積越大；相同閾值下，微生物加固黏土的孔隙面積比例、平均長(zhǎng)度、平均寬度和平均面積相比重塑黏土均有所減小，孔隙度分布分形維數(shù)有所提高，在孔隙度相同的情況下，該分維數(shù)越大，樣品的抗壓強(qiáng)度越高［23］。

圖10 經(jīng)PCAS處理后的二值圖和孔隙分布結(jié)果圖

表4 黏土微觀結(jié)構(gòu)定量分析結(jié)果

微生物新陳代謝產(chǎn)生的高活性脲酶將尿素水解成銨根離子（NH4+）和碳酸根離子（CO32-），結(jié)合膠結(jié)液提供的Ca2+，便會(huì)在土顆粒之間以及表面形成膠結(jié)物碳酸鈣，從而填充顆粒之間的縫隙，實(shí)現(xiàn)了顆粒之間的膠結(jié)，增加了土體的密實(shí)度以及顆粒之間的摩擦力和黏聚力，提高土體強(qiáng)度。其基本原理與微生物加固砂土類似，而黏土顆粒和孔隙小，滲透性低，通過灌漿的方式將菌液和膠結(jié)液加入到土體中很難遷移和分散不均勻，固化后的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于重塑土的強(qiáng)度，采用拌合碾壓的方式可以有效提高微生物加固黏土的強(qiáng)度。

5 結(jié)論

通過對(duì)巴氏芽孢桿菌培養(yǎng)過程中不同影響因素下菌液脲酶活性和濃度以及微生物加固后的黏土試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和碳酸鈣生成量的試驗(yàn)，以及對(duì)微生物加固黏土的微觀分析。得出以下結(jié)論：

（1）微生物加固黏土與加固砂土的區(qū)別在于黏土顆粒和孔隙小，滲透性低，通過灌漿的方式將菌液和膠結(jié)液加入到土體中很難遷移和分散不均勻，固化后的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于重塑土的強(qiáng)度，采用拌合碾壓的方式可以有效提高微生物加固黏土的強(qiáng)度。

（2）細(xì)菌活性和濃度的主要影響因素包括培養(yǎng)基種類、培養(yǎng)溫度、pH值和接種比例。A組培養(yǎng)基更適合巴氏芽孢桿菌的擴(kuò)大培養(yǎng)；適宜接種比約5%，當(dāng)接種量越多，細(xì)菌濃度和脲酶濃度反而越??；較佳培養(yǎng)溫度為25℃～30℃，溫度過低會(huì)影響細(xì)菌各種生化反應(yīng)的協(xié)調(diào)一致性，從而降低細(xì)菌的新陳代謝，抑制其生長(zhǎng)繁殖的速度，溫度過高可能會(huì)改變細(xì)菌的形態(tài)和代謝等，導(dǎo)致細(xì)菌死亡；pH值8～10為巴氏芽孢桿菌較佳生長(zhǎng)環(huán)境，巴氏芽孢桿菌適合在弱堿環(huán)境中生長(zhǎng)繁殖，酸性和強(qiáng)堿環(huán)境下微生物活性降低甚至死亡。

（3）碳酸鈣生成量的主要影響因素包括養(yǎng)護(hù)溫度、養(yǎng)護(hù)天數(shù)、膠結(jié)液濃度和膠結(jié)液比例。微生物加固土的較佳養(yǎng)護(hù)溫度為25℃～30℃；碳酸鈣生成量隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間增加逐漸增多，7 d后因尿素水解達(dá)到最大，碳酸鈣生成量趨向穩(wěn)定；影響碳酸鈣生成的主要影響因素為膠結(jié)液，膠結(jié)溶液的濃度和比例影響微生物的生長(zhǎng)和代謝以及沉淀碳酸鈣的生成。在一定脲酶活性條件下，生成碳酸鈣的量與膠結(jié)液濃度成正相關(guān)。

（4）微生物加固黏土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨碳酸鈣生成量增加而增強(qiáng)。相比重塑黏土，微生物加固黏土養(yǎng)護(hù)7 d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度可以提升52%，破壞應(yīng)變降低高達(dá)70%。