本發(fā)明涉及巖土工程與地質(zhì)工程，具體涉及一種微生物聯(lián)合糖鈣固化風(fēng)積砂和抗風(fēng)蝕的方法。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)積砂是在風(fēng)力侵蝕搬運(yùn)和沙源相互協(xié)同作用下，于干旱、半干旱的氣候條件下形成的一種特殊地質(zhì)材料。風(fēng)積砂主要分布在沙漠和半沙漠地區(qū)，這些地區(qū)的生態(tài)環(huán)境脆弱，風(fēng)沙活動頻繁，容易導(dǎo)致土地沙化和沙塵暴等環(huán)境問題。天然風(fēng)積砂的不良特性表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)顆粒較細(xì)、磨圓度高、級配差、粘性低、承載能力低、透水性好以及保水性差等方面，在外力作用下極易產(chǎn)生位移，易流動，易風(fēng)蝕，易發(fā)生液化。因風(fēng)積砂不良工程特性，應(yīng)采取有效的應(yīng)對措施保護(hù)當(dāng)前的生態(tài)系統(tǒng)，以及在工程實踐中解決難以滿足承載力及穩(wěn)定性的問題，從而消除構(gòu)成的安全隱患。故亟需采取針對性的風(fēng)積砂改良方法對其進(jìn)行加固改良處理以滿足其耐候性和實際工程需要，這使得加固風(fēng)積砂土體抵抗不利條件的侵害，從而防治土地沙化和滿足實際工程需要成為了一個值得關(guān)注的重要課題。

2、目前，關(guān)于固化風(fēng)積砂現(xiàn)有的處理方式主要包括覆蓋法、沙障法、化學(xué)固化、生物固化等。對于植被覆蓋法、地膜覆蓋法，存在的缺點(diǎn)為受到水資源的限制，購買和鋪設(shè)覆蓋材料成本及維護(hù)成本較高，且覆蓋材料難以在極端環(huán)境中存活或保持穩(wěn)定；對于草方格沙障法、石方格沙障法，自身缺點(diǎn)為受到水資源的限制，沙障材料因風(fēng)蝕、沙埋等原因存在耐久性問題，施工難度大；對于化學(xué)固化法，盡管固化效果比較明顯，但其存在的缺點(diǎn)為因溫度變化、水分蒸發(fā)等原因存在耐久性問題，化學(xué)粘合劑可能含有有害物質(zhì)，對環(huán)境造成污染，化學(xué)粘合劑價格較高，大面積使用時成本巨大，操作難度大；以上方法對于固化風(fēng)積砂都存在較明顯的缺點(diǎn)，因此，對于應(yīng)用工程應(yīng)尋求更加有效的方案。

3、對于微生物固化法，微生物通過新陳代謝可以析出一些結(jié)晶和非結(jié)晶的無機(jī)化合物，在土體中起到填充和膠結(jié)的作用，進(jìn)而改善土體性質(zhì)，但其固化效率相對較低，從而限制了其在實際工程中的應(yīng)用速度和效率。

4、公開號為cn?115895666a的專利申請文件公開了一種micp-改性絲素蛋白協(xié)同固化砂土的方法，該方法將巴氏芽孢桿菌進(jìn)行富集培養(yǎng)以獲得細(xì)菌懸浮液，并將部分細(xì)菌懸浮液進(jìn)行離心處理得到細(xì)菌沉淀物(菌泥)；同時將絲素蛋白通過交聯(lián)改性劑進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，得到交聯(lián)反應(yīng)液；最后將所述細(xì)菌懸浮液、菌泥、交聯(lián)反應(yīng)液混合得到復(fù)合型懸浮液，并向砂柱試樣中循環(huán)多階段灌注復(fù)合型懸浮液及膠結(jié)液，進(jìn)而可以提升固化強(qiáng)度；但該發(fā)明所使用的改性絲素蛋白材料在實際應(yīng)用受多種因素影響，高溫可能導(dǎo)致絲素蛋白變性、濕度變化會影響絲素蛋白的吸水性和降解速度、氧氣濃度會影響絲素蛋白的氧化穩(wěn)定性；同時絲素蛋白的提取和純化過程相對復(fù)雜，導(dǎo)致其生產(chǎn)成本較高；此外，絲素蛋白在自然環(huán)境中的降解速度不易控制，可能不適合某些需要特定降解速率的應(yīng)用場合。

5、中國發(fā)明專利申請cn?116769681a公開了一種菌酶聯(lián)用固化沙漠風(fēng)積砂的方法，主要包括以下方面：將兩種桿菌、脲酶、膠結(jié)液和沙漠風(fēng)積砂按比例加入固化培養(yǎng)基中，然后將固化培養(yǎng)基填入固化裝置中固化風(fēng)干，進(jìn)而得到固化樣砂柱進(jìn)行理化指標(biāo)分析；但菌酶聯(lián)用技術(shù)涉及到微生物的培養(yǎng)、酶的制備和應(yīng)用等多個步驟，整個過程相對復(fù)雜，進(jìn)而導(dǎo)致較高成本；菌酶聯(lián)用技術(shù)固化風(fēng)積砂效果受環(huán)境因素影響大，微生物的生長和酶的活性受溫度、濕度、ph值、土壤類型等多種環(huán)境因素的影響，這些因素的不穩(wěn)定性可能導(dǎo)致固化效果的弱化；菌酶聯(lián)用技術(shù)固化砂土可能會因為菌種與脲酶的選擇造成適配度不高，導(dǎo)致固化效果不理想。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種微生物聯(lián)合糖鈣固化風(fēng)積砂和抗風(fēng)蝕的方法，通過利用micp聯(lián)合糖鈣的協(xié)同作用機(jī)制，更加充分和高效地固化砂土體，從而達(dá)到增強(qiáng)砂土體強(qiáng)度和抵抗自然環(huán)境侵蝕的目的；糖鈣聯(lián)合micp固化砂土體過程中，糖鈣可以促進(jìn)微生物生長和調(diào)節(jié)反應(yīng)環(huán)境，有助于碳酸鈣沉淀的生成，從而使砂土顆粒間起到膠結(jié)的作用，同時糖鈣在水中溶解會釋放粘性物質(zhì)，進(jìn)一步使生成的碳酸鈣沉淀更加均勻，固化砂土體的效果更加顯著；本發(fā)明采用綠色環(huán)保材料，適用于大面積砂土區(qū)域的加固，固化效果十分顯著，具有抵抗自然環(huán)境侵蝕的優(yōu)良特性，廣泛應(yīng)用于砂土固化和防護(hù)等領(lǐng)域。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種微生物聯(lián)合糖鈣固化風(fēng)積砂和抗風(fēng)蝕的方法，具體包括以下步驟：

4、步驟1：將天然風(fēng)積砂風(fēng)干，再經(jīng)0.5～1mm孔篩過濾，得到去除雜質(zhì)的砂土試樣；

5、步驟2：將菌液與膠結(jié)液按照體積比為1:1、1:2、2:3或3:2混合并攪拌制成固化液；

6、步驟3：稱取一定質(zhì)量步驟1制得的砂土試樣，加入步驟2制備好占砂土試樣質(zhì)量比為16％～22％的固化液，均勻拌合得到砂土料；

7、步驟4：在步驟3得到的砂土料中加入占砂土試樣質(zhì)量比為2％～8％的糖鈣，均勻拌合得到糖鈣-砂土料；

8、步驟5：將步驟4得到的糖鈣-砂土料分2～4層擊實，每層擊實高度20～40mm，層與層之間刮毛處理，35～40℃靜置固化養(yǎng)護(hù)5～7天，得到固化砂土體。

9、所述步驟2中菌液制備方法為：

10、在無菌環(huán)境下將0.1g～0.3g巴氏生孢八疊球菌接種至50～100ml的液體培養(yǎng)液中，放入30～40℃、130～180rpm的恒溫振蕩箱中活化培養(yǎng)，當(dāng)液體培養(yǎng)液變渾濁時，巴氏生孢八疊球菌活化培養(yǎng)為二代巴氏生孢八疊球菌；將二代巴氏生孢八疊球菌與甘油按(5～7)：(3～5)的體積比均勻混合，再按照(1～2)：(100～300)的體積比將混合后的二代巴氏生孢八疊球菌-甘油混合液放入液體培養(yǎng)液中混合，最后置于30～40℃、130～180rpm的恒溫振蕩箱中培養(yǎng)后得到菌液；

11、所述液體培養(yǎng)液的制備方法為：

12、將硫酸錳、氯化鎳、氯化銨、酵母提取物與去離子水按照質(zhì)量比(1～2):(1～2):(1000～2000):(2000～4000):(100000～200000)均勻混合，用naoh溶液調(diào)節(jié)至ph＝8.0～9.0，放入蒸汽中加熱滅菌30～45min后置于室溫中冷卻，以備后用。

13、所述步驟2中膠結(jié)液的制備方法為：

14、將等濃度等體積的尿素溶液與無水氯化鈣溶液均勻混合，得到濃度為1～2.5mol/l的膠結(jié)液。

15、本發(fā)明的有益效果在于：

16、(1)本發(fā)明通過micp聯(lián)合糖鈣改良固化風(fēng)積砂，利用巴氏生孢八疊球菌在適宜的環(huán)境條件下分泌脲酶，脲酶催化尿素水解產(chǎn)生碳酸根離子和銨離子，水解產(chǎn)生的碳酸根離子與氯化鈣水解產(chǎn)生的鈣離子結(jié)合，形成碳酸鈣沉淀，碳酸鈣沉淀在砂土顆粒間起到膠結(jié)作用；糖鈣在水中的溶解會釋放粘性物質(zhì)，可有助于顆粒間的粘結(jié)，同時糖鈣又能促進(jìn)微生物生長和調(diào)節(jié)反應(yīng)環(huán)境；通過物理粘結(jié)、水理性質(zhì)調(diào)節(jié)和力學(xué)性能增強(qiáng)等方面，從而達(dá)到防治土地沙化和滿足實際工程需要，具有增強(qiáng)風(fēng)積砂土體固化強(qiáng)度和抵抗自然環(huán)境侵蝕的優(yōu)點(diǎn)。

17、(2)與傳統(tǒng)加固方法相比，通過micp聯(lián)合糖鈣對風(fēng)積砂土體進(jìn)行固化，既能起到顯著提升固化效果、改善自然環(huán)境侵蝕能力以達(dá)到防治土地沙化的作用，又能達(dá)到綠色環(huán)保無污染和資源的可持續(xù)利用，尤其是在加固大面積區(qū)域時可優(yōu)先考慮。

18、(3)與micp聯(lián)合改性蛋白固化方法相比，本發(fā)明糖鈣的加入確保micp反應(yīng)在砂土體中更充分地進(jìn)行，且反應(yīng)速率更易控制，避免出現(xiàn)局部固化不均勻的情況，固化后的砂土結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，強(qiáng)度更高；在實際應(yīng)用中由于糖鈣自身良好的穩(wěn)定性，受溫度、濕度和氧氣濃度影響較小，適應(yīng)性更強(qiáng)。

19、(4)與菌酶聯(lián)用固化沙漠風(fēng)積砂的方法相比，本發(fā)明通過糖鈣與micp的協(xié)同作用來膠結(jié)砂土體，從而對微生物的代謝活動和自我調(diào)節(jié)機(jī)制進(jìn)行控制，從而更好的應(yīng)對環(huán)境變化；同時，糖鈣聯(lián)合micp生成碳酸鈣沉淀的反應(yīng)速率更易控制，且生成的碳酸鈣沉淀更加均勻。

20、綜上所述，本發(fā)明糖鈣聯(lián)合micp固化砂土體的過程中，糖鈣可以促進(jìn)微生物生長和調(diào)節(jié)反應(yīng)環(huán)境，有助于碳酸鈣沉淀的生成，從而使砂土顆粒間起到膠結(jié)的作用，同時糖鈣在水中溶解會釋放粘性物質(zhì)，進(jìn)一步使生成的碳酸鈣沉淀更加均勻，固化砂土體的效果更加顯著；本發(fā)明采用綠色環(huán)保材料，適用于大面積砂土區(qū)域的加固，固化效果十分顯著，具有抵抗自然環(huán)境侵蝕的優(yōu)良特性，廣泛應(yīng)用于砂土固化和防護(hù)等領(lǐng)域。