MICP对非饱和土性质的影响及其作为生物工程护坡在不同降雨条件下的坡体稳定性应用

《Scientific Reports》：Influence of MICP on unsaturated soil properties and its application as bio-engineered slope covers on stability of slopes under varying rainfall conditions

　　

摘要

快速扩张和对连通性基础设施需求的增加，导致全球范围内山区道路建设的增加。然而，道路沿线陡坡土质边坡和路堑的存在/形成构成了重大的岩土工程挑战，尤其是季风期间降雨引起的失效问题。降低降雨诱发边坡失效风险的方法之一是采用合适的边坡覆盖层。本研究通过实验和数值模拟探讨微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）形成边坡覆盖层以增强不同降雨条件下边坡路堑/土质边坡稳定性的适用性。研究了MICP对非饱和土壤特性（即影响边坡覆盖层特性的土水特征曲线、非饱和水力传导性和非饱和抗剪强度参数）的影响。实验室研究表明，MICP处理后的土壤（生物工程土壤）的特性因微生物活动产生的碳酸钙沉淀而发生改变。生物工程土壤的进气值从未处理土壤的2 kPa增加到72 kPa，生物工程土壤的水力传导性降低了75%。生物工程土壤的非饱和抗剪强度参数也显著增加。有效凝聚力（c'）从2.86 kPa增加到27.8 kPa，法向应力下的内摩擦角从12.2°增加到13.9°，而基质吸力下的内摩擦角变化微乎其微。数值研究表明，生物工程边坡覆盖层有助于通过毛细效应维持土质边坡中的吸力。此外，对于受降雨影响的带有生物工程边坡覆盖层的土质边坡，稳定性得到改善，且边坡内部的偏应变显著减少。