我中心在利用微生物技术实现寒区土体加固方面取得新进展

在寒区，长期冻融循环会严重破坏土体结构，降低其力学性能，进而导致地面塌陷、水库渗漏、建（构）筑物失稳等一系列岩土与工程地质问题。为减轻土体劣化风险，避免潜在灾害，水泥、石灰等传统固化剂常被用于增强土体强度。然而，寒区的低温条件会严重抑制这些固化剂的化学反应，显著削弱其加固效果，使得寒区土体加固和工程安全面临严峻挑战。

对此，我中心唐朝生教授团队创新性提出了基于尿素预水解策略的活性氧化镁生物碳化技术（Bio-Carbonation of Reactive Magnesia, BCRM），应用于寒区低温环境下的土体加固。研究团队通过对不同养护温度条件下生物碳化试样的力学性能进行测试（图1），证实了该技术在5°C~15°C低温环境下高效改良土体的可行性。同时，基于XRD和SEM微观测试结果，揭示了BCRM技术在低温条件下实现土体高效固化的机理（图2）。与传统硅酸盐水泥固化剂的改良效果对比表明，该技术在寒区土体加固方面具有显著的高效性优势（图3）。

图1 不同养护温度条件下生物碳化试样的无侧限抗压强度随养护时间的发展历程

图2 不同养护温度：（a）低温和（b）高温条件下生物碳化试样的胶结模式

图3 不同养护温度条件下水泥固化试样经14天和28天养护后的无侧限抗压强度结果

该研究为寒区低温条件下的土体改良提供了一种高效的解决方案，对预防和减轻因土体劣化引发的地质及岩土灾害风险具有重要意义。相关成果近期以“An efficient bio-stabilization technology with bio‑carbonation of reactive magnesia for soil improvement in cold regions”为题，发表于工程地质领域顶级期刊《Engineering Geology》。我中心博士生王瑞为论文第一作者，唐朝生教授和泮晓华副教授为共同通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、长三角科技创新共同体联合攻关重点项目、江苏省自然科学基金和江苏省研究生科研与实践创新计划项目的联合资助。

论文信息：Wang, R., Tang, C.S.^*, Pan, X.H.^*, Wang, D.L., Dong, Z.H., Lu, X.C., 2024. An efficient bio-stabilization technology with bio‑carbonation of reactive magnesia for soil improvement in cold regions. Eng. Geol. 343, 107779.

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2024.107779