核磁原位在線表征-細菌誘導碳酸鈣沉淀裂隙修復

分類：#應(yīng)用案例 #低場核磁 #注漿 #碳酸鈣沉淀 #細菌

隨著城市規(guī)模的快速擴張，地面建設(shè)空間日益緊張，各類地下工程的開發(fā)規(guī)模不斷擴大。在復雜地質(zhì)環(huán)境中，特別是軟弱巖層區(qū)域，隧道等地下結(jié)構(gòu)的施工往往會對圍巖產(chǎn)生顯著擾動，這種擾動主要表現(xiàn)為應(yīng)力重分布和原生裂隙的擴展，進而影響巖體的滲流特性和承載能力，嚴重時可能引發(fā)巖體失穩(wěn)等工程災(zāi)害。

微生物誘導礦化技術(shù)（MICP）作為一種新興的巖體加固方法，通過利用特定微生物代謝產(chǎn)生的脲酶催化尿素分解，生成碳酸根離子與鈣離子結(jié)合形成碳酸鈣沉淀，從而改善巖土介質(zhì)的工程特性。與傳統(tǒng)注漿工藝相比，該技術(shù)雖然能有效降低巖體滲透性，但在實際應(yīng)用中存在礦物沉積不均勻和注漿孔附近易發(fā)生堵塞等技術(shù)瓶頸。為解決這些問題，需要開發(fā)有效的沉積過程監(jiān)測手段。

在眾多監(jiān)測技術(shù)中，核磁共振技術(shù)因其不損傷樣品、無需侵入等優(yōu)勢，特別適用于追蹤微生物礦化過程中孔隙-裂隙系統(tǒng)的演化規(guī)律。該技術(shù)能夠精確反映細菌在裂隙網(wǎng)絡(luò)中的遷移附著特性及其對碳酸鈣空間分布的控制作用。研究表明，城市地下空間開發(fā)面臨的主要難題在于不良地質(zhì)條件下巖體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性控制，而微生物礦化技術(shù)為解決這一難題提供了新的思路。

核磁共振表征微生物誘導碳酸鈣沉淀實例：

實驗材料：

巖心：一英寸頁巖。

微生物：巴氏芽孢桿菌

儀器：中尺寸低場核磁共振成像分析儀。

實驗方案：

1.       使用去離子水溶解巴氏芽孢桿菌，注入并飽和巖心，靜置1小時。

2.       使用去離子水對巖心進行清洗，清洗去掉細菌。

3.       重新使用去離子水溶解巴氏芽孢桿菌，注入并飽和巖心，靜置1小時。重復以上過程，共計進行五次循環(huán)

4.       對每次循環(huán)，注入細菌飽和后的巖心進行核磁共振弛豫測試，記錄數(shù)據(jù)。

圖：巖心在巴氏芽孢桿菌循環(huán)處理中的T2分布

圖中展示了巖心在巴氏芽孢桿菌循環(huán)處理中的T2分布。隨著處理循環(huán)的增加，T2分布的峰頂點數(shù)值逐漸降低，這表明由于微生物誘導發(fā)生碳酸鈣沉淀，總孔隙的數(shù)量發(fā)生減少。實驗證明NMR技術(shù)可以用于原位監(jiān)測MICP過程，對實際工程有指導意義。