微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）处理不同粒径与级配钙质砂的抗液化性能研究

针对钙质砂在海洋工程中易液化的难题，研究人员通过微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术，系统探究了粒径（d50）、不均匀系数（Cu）和曲率系数（Cc）对钙质砂抗液化性能的影响。通过循环三轴试验和扫描电镜分析，发现MICP处理可显著提升细粒钙质砂的循环强度，但随粒径增大或级配变化效果减弱。研究为海洋地基改良提供了理论依据，发表于《Biogeotechnics》。

　　

钙质砂作为海洋工程中常见的软弱地基材料，因其高孔隙率和易碎性，在地震或波浪荷载下极易发生液化，导致建筑物失稳。传统加固方法如振动压实或化学灌浆可能破坏砂粒结构或污染环境，而微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术因其环保性和高效性成为研究热点。然而，砂土粒径和级配如何影响MICP处理效果尚不明确，制约了该技术的工程应用。

针对这一问题，中国的研究团队在《Biogeotechnics》发表论文，通过循环三轴试验和微观扫描，系统分析了不同粒径（d₅₀=0.20~1.78 mm）、不均匀系数（Cu=1.25~6.12）和曲率系数（Cc=0.21~4.08）的钙质砂经MICP处理后的抗液化性能。研究采用循环三轴仪模拟地震荷载，结合扫描电镜（SEM）观察碳酸钙（CaCO₃）结晶形态，并建立了基于级配参数的抗液化强度预测模型。

4.1 动态响应差异
未处理砂的液化阻力随d₅₀增大而增强，但MICP处理后呈现相反趋势。SEM显示，细砂（d₅₀=0.20 mm）中CaCO₃填充孔隙并形成颗粒间胶结，而粗砂（d₅₀=1.78 mm）仅表面附着晶体，导致胶结效果差。

4.2 级配系数影响
Cu增大降低砂体孔隙率，削弱MICP渗透性，使CRR₁₅（15次循环的抗液化强度）增长率从80.4%（Cu=1.25）降至27.6%（Cu=6.12）。Cc=2.14时，级配最优，CaCO₃分布均匀，抗液化性能最佳。

5.3 刚度退化机制
归一化分析表明，MICP处理砂的刚度退化指数δ_N下降更快，因CaCO₃胶结在循环荷载下易断裂，削弱了加固效果。

研究提出CRR₁₅预测公式（R²=0.87），为工程选材提供量化工具。结论指出，MICP最适用于细粒（d₅₀<0.42 mm）、低Cu（<3）且Cc≈2的钙质砂。该成果不仅揭示了级配特性与MICP效率的关联，还为海洋地基的绿色加固技术优化奠定了科学基础。