MICP处理区域在减轻浅基础液化诱发沉降中的作用：优化处理面积与深度的关键研究

针对液化性土壤中浅基础沉降控制难题，研究人员通过1g振动台模型试验，探究了微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术处理区域尺寸(L×B×1.25B与1.5L×1.5B×B)对液化抑制效果的影响。研究发现优化处理深度可减少80%沉降与98%倾斜，为工程应用提供了体积节约44%的解决方案。

　　

液化灾害是地震中导致建筑损毁的主要原因之一，尤其在饱和砂土层中，土壤液化会引发地基失稳、结构倾斜甚至倒塌。传统的水泥加固虽有效，却存在高碳排放(占全球8%)、硫酸盐侵蚀风险等问题。微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)作为一种绿色生物加固技术，通过细菌代谢产生碳酸钙晶体增强土体强度，但其在浅基础抗液化处理中的最优应用范围尚未明确。

美国内华达大学雷诺分校的研究团队在《Biogeotechnics》发表研究，通过6组1g振动台试验，系统评估了MICP处理区块尺寸对液化诱发沉降的抑制效果。研究采用Sporosarcina pasteurii菌株制备处理区块，通过直接剪切试验(DST)和简单剪切试验(DSS)测定剪切波速(V_s
)，结合SEM-EDX分析钙碳酸盐分布特征，最终以不同尺寸(L×B×1.25B和1.5L×1.5B×B)的处理区块进行抗震性能测试。

实验方法
研究采用四阶段实验设计：(1)细菌培养与浓度标定(OD₆₀₀
检测)；(2)通过DST/DSS测试评估V_s
提升至250 m/s；(3)SEM-EDX分析微观结构；(4)制备不同尺寸处理区块进行振动台测试。模型地基按相似律(N=5)缩放，包含三层不同相对密度(D_r
)的土壤，输入运动参数按原型试验(峰值加速度0.53g)换算。

结果分析
Effect of MICP-Treated Block on Excess PWP Time Histories
基准试验(无处理)中孔隙水压力比(r_u
)达到1并持续3.06秒，而0.5B深度处理区块使r_u
=1持续时间缩短至0.76秒。当处理深度增至1.25B时，r_u
始终低于1，表明深层处理能完全抑制液化。

Effect of MICP-Treated Block on Foundation Settlement
处理区块深度从0.5B增至1.25B时，沉降减少率从44%提升至80%。值得注意的是，L×B×1.25B配置与1.5L×1.5B×B效果相当，但材料用量减少44%。

Effect of MICP-Treated Block on Foundation Tilting
基础倾斜角从基准的8°降至0.5°(降幅98%)，SEM显示碳酸钙不仅填充孔隙，更在颗粒表面形成覆膜，EDX测得钙含量2-3%，与酸洗法(1.2-2.5%)结果吻合。

结论与意义
该研究首次量化了MICP处理区域尺寸对液化控制的贡献规律：增加处理深度比扩大面积更有效，L×B×1.25B配置可实现80%沉降抑制与98%倾斜控制，同时减少44%处理体积。这一发现为MICP技术在抗震工程中的经济化应用提供了设计依据，其生物友好特性(对比传统水泥)更符合可持续发展需求。研究结果与Ham等(2024)的离心机试验相互印证，为生物加固技术的标准化应用奠定了实验基础。