液化性土层中盾构隧道结构的纵向地震响应特性及微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)改良技术研究

针对地震多发区土壤液化威胁地下结构安全的难题，智利研究人员通过微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)技术改良粉质砂土和尾矿，结合共振柱-扭剪联合试验，首次揭示了生物胶结在5×10-3%应变阈值下的失效机制，为地震工程中生物加固技术的应变适用范围提供了关键数据。

　　

在地震频发的环太平洋地区，土壤液化如同潜伏的地雷，随时威胁着地下工程的安全。智利作为全球地震活动最活跃的国家之一，每年遭遇6级以上地震达6次之多，而传统土壤加固方法如深层搅拌水泥柱，虽能提升刚度却带来惊人的碳排放。更棘手的是，新兴的微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)技术虽能通过钙碳酸盐(CaCO₃)胶结土壤颗粒，但其在循环荷载下的耐久性始终成谜——中等强度地震是否会提前摧毁这些"生物胶水"，让工程防线形同虚设？

智利天主教大学(Pontificia Universidad Católica de Chile)的Miguel Valencia-Galindo团队在《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》发表的研究，首次系统评估了MICP处理土壤的动态性能阈值。研究人员选取智利典型粉质砂土(SM)和尾矿(T)，通过共振柱与扭剪联合试验测定剪切模量退化曲线，结合扫描电镜(SEM)和X射线能谱(EDX)分析胶结结构，并采用Bernard钙测定仪量化CaCO₃分布。

Geotechnical properties
粉质砂土和尾矿经MICP处理后，CaCO₃含量分别达4.8%和5.3%，电镜显示砂土中形成离散的方解石晶体，而尾矿中呈现连续网状结构。

Results and discussions
粉质砂土的最大剪切模量(G₀)提升75%，但在5×10^-3%应变时胶结突然失效，模量骤降至未处理水平；尾矿却能在所有应变幅度下保持增强效应。这种差异源于尾矿颗粒棱角提供的机械咬合，与生物胶结产生协同效应。

Conclusions
研究首次量化了MICP改良土壤的应变适用边界：对于均匀粉质砂土，生物胶结仅在小应变(<5×10^-3%)范围内有效，相当于5级地震引起的应变水平；而级配良好的尾矿因颗粒互锁机制，胶结效果具有广谱稳定性。该发现为地震区生物加固工程设计提供了关键参数——在频繁中等地震作用下，单纯依赖MICP改良均匀砂土可能造成"伪安全"假象，必须结合纤维增强或颗粒级配优化才能确保长期可靠性。