一种基于植物脲酶诱导加固黄土的方法

本发明涉及土木工程，具体涉及一种基于植物脲酶诱导加固黄土的方法。

背景技术：

1、在促进西部大开发实现新格局的过程中，基础设施建设在整个经济社会发展过程中具有基础性和必要性的作用。我国黄土主要分布在西北部地区，其特有的多孔隙、弱胶结、欠压密等结构形式导致其具有不稳定性，然而黄土的不稳定性会导致工程的不安全和不可靠，直接将黄土用于基础建设将对我国西部基础开发造成严重制约。

2、传统的黄土固化方法主要依赖于添加固化剂来实现黄土的固化。这些固化剂通常包括石灰、水泥、粉煤灰等无机材料，以及某些化学添加剂。通过将这些固化剂与黄土进行混合搅拌，可以促使黄土颗粒与固化剂之间发生一系列的物理化学反应，如离子交换、水解、凝结和硬化等。这些反应会改变黄土的微观结构，生成新的矿物成分，从而显著提高黄土的强度和稳定性。传统的黄土固化方法虽然能够有效提高黄土的强度和稳定性，但也存在一些局限性。例如，固化剂的添加量较大，成本较高；固化过程中产生的化学反应可能会对环境造成一定的污染；固化后的黄土在长期使用过程中可能会出现开裂、变形等问题。

3、微生物诱导碳酸钙沉积(micp)技术是一项新兴的土壤加固技术，通过向土体内引入脲酶细菌和反应物质，能够在土体颗粒表面生成碳酸钙沉淀，从而将土颗粒连接在一起或者将土体内的孔隙进行填充，提高土体强度。但micp固化土体技术存在矿化难以均匀、反应物不经济、微生物及脲酶活性期短且受环境干扰大、代谢产物附带毒性、现场应用性差等问题，难以广泛应用。

4、公开号为cn117447158a的专利申请文件公开了一种黄土复合固化剂及黄土固化方法，该黄土复合固化剂主要由矿渣粉、水泥、填充剂等材料制得，将制得的固化剂添加到需要固化的土壤中，不断地翻动土壤，使固化剂均匀的混合在土壤中，同时用烤灯进行加热，通过不断的干燥固化形成隔离断层，防止雨水再次进入黄土中造成湿陷。但构成复合固化剂的各类组分的添加可能会改变土壤的ph值，导致土壤和地下水受到污染，并在生态系统中产生有毒化合物；另外，使用工业废料固化土体的稳定性受材料的耐久性影响大，会增大土体的塌陷性。

5、公开号为cn117800759a的专利申请文件公开了一种利用微生物诱导碳酸钙沉积技术养护混凝土的方法，通过在混凝土浇筑完成后在其表面喷涂micp矿化液，该矿化液由细菌溶液与胶结溶液共混制得，可以在其表面形成致密的碳酸钙保护层，在防止混凝土内部水分损失的同时，对混凝土的抗渗性、抗开裂以及抗氯离子侵蚀性能有大幅的改善作用。但微生物诱导碳酸钙沉积的方法不仅涉及复杂的细菌培养流程，而且适用的土颗粒粒径范围较窄，还可能引发微生物生态安全问题。

6、公开号为cn109594552a的专利申请文件公开了一种微生物固化-纤维加筋联合改性砂土的方法，通过将micp技术与纤维加筋技术相结合对砂土进行改性处理，不仅使松散的砂土被固化成型强度得以提高，同时纤维的加入还能显著降低砂土固化体的脆性，提高其残余强度和韧性。但纤维的加入会在土颗粒间形成新的渗透路径，增大土体渗透性；纤维加入过多或过长，会造成打结或重叠，黄土颗粒间本身孔隙小，加入纤维后占据有限的孔隙，影响了caco3的生成，不利于沉积反应的进行。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种一种基于植物脲酶诱导加固黄土的方法，采用拌合法将土料与钠基蒙脱石(na-mt)充分混合；将提取的大豆脲酶与配制的胶结液制成固化液，采用一次注入法注入混合土料中，进行黄土固化，有助于提高固化土体的强度；通过设计植物脲酶诱导碳酸钙沉积(eicp)固化黄土关键影响因素正交试验，得出最优参数，后进行无侧限抗压强度试验对加固后土体进行测试；试验结果表明，本发明可以有效提高固化黄土的强度，解决天然黄土不稳定性问题，具有使用材料绿色环保、用法灵活、适用范围广等优点，在提高黄土强度、防渗封堵、表面修复等方面有较好的应用前景。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于植物脲酶诱导加固黄土的方法，具体包括以下步骤：

4、步骤1：将原状风干黄土碾碎，再经0.9-1.1mm筛子筛分，将筛分后的黄土放置95-105℃烘烤23-25h，制得干土土料后备用；

5、步骤2：按干密度1.25-1.55g/cm3称取一定质量的步骤1制得的干土，将干土与占干土质量比2％-4％的钠基蒙脱石(na-mt)充分混合，得到混合土料；

6、步骤3：将大豆脲酶与胶结液以酶胶体积比为1:1、2:3或1:2立即混合并搅拌制成固化液；

7、步骤4：将步骤2得到的混合土料中加入占混合土料质量比为11％-17％的固化液，均匀拌合得到固化土料；

8、步骤5：将步骤4得到的固化土料分4-5层击实，层与层之间刮毛处理，24-26℃静置固化，得到黄土固化试块。

9、所述步骤2中，钠基蒙脱石选为：

10、天然钠基蒙脱石粉，土黄色粉末状，干粉状态下粒径325目，入水分散后粒径：d90≤15.75μm，d50≤4.90μm。

11、所述步骤3中，大豆脲酶的提取方法为：

12、选用市场黄豆，在45-55℃的烘箱中烘干，使用粉碎机对黄豆颗粒进行粉碎得到豆粉，将豆粉过0.4-0.6mm筛，过滤掉大颗粒，保留黄豆粉末；将黄豆粉末与去离子水混合搅拌25-35min，配制浓度为40-200g/l的大豆溶液，将大豆溶液以3000-6000r/min的转速离心15-25min，提取上部淡黄色清液，即为大豆脲酶溶液；将提取的大豆脲酶溶液储存于3-5℃的条件下，以备后用。

13、所述步骤3中，胶结液的制备方法为：

14、将等浓度等体积的尿素溶液与无水氯化钙溶液均匀混合，得到浓度为0.5-1.5mol/l的胶结液。

15、本发明的有益效果在于：

16、(1)相比传统黄土固化的方式，本发明基于植物脲酶诱导加固黄土的方法选取的固化材料绿色环保，不含有害化学物质、可降解性好，能够避免土壤和地下水受到污染，并在生态系统中减少有毒化合物的产生。

17、(2)相比于micp固化土体的方式，本发明基于植物脲酶诱导加固黄土的方法操作流程更为简便。植物脲酶直接从大豆中提取，能够直接诱导碳酸钙的沉淀，无需经过复杂的细菌培养流程。由于没有微生物直接参与沉淀过程，eicp技术不受微生物生长和代谢的限制，因此它可以适用于更广泛的土壤类型和粒径范围，且在实际应用中避免了微生物生态安全问题。

18、(3)相比于micp技术与纤维加筋技术的结合，本发明基于植物脲酶诱导加固黄土的方法不添加任何纤维，避免了因加纤维而形成的新的渗透路径，从而有效提高了土体的稳定性和抗渗性。

19、综上所述，本发明采用绿色环保材料，具备用法灵活、适用范围广的特点，不仅在经济性和无生物入侵风险方面具有优势，更在提升强度、防渗封堵、表面修复等方面展现出色应用前景，同时显著提升固化效率、降低渗透性，促进固化产物生成，简化施工工艺，并兼具卓越的环保性。