[发明专利]铁氧菌及利用其改良粉土液化特性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体是涉及生物方法改性粉土技术应用，主要利用铁氧菌改良粉土液化特性的方法，属于微生物改性土体技术领域。

背景技术

进入21世纪以来，随着微生物学与工程科学间的互相促进与结合，生物技术已逐步渗透到土木工程领域，利用微生物新陈代谢作用快速析出的矿物晶体，充填在矿物的晶格构造中，可改变土体微观结构从而改善土体的工程性质，微生物技术已在岩石和混凝土的裂缝补强和防渗处理、胶结松散砂颗、路面粉尘处理、堤防加固等方面得到了运用。目前，微生物改性土体技术在岩土工程中的潜在应用还包括：(1)提高地基的承载力；(2)提高边坡的稳定性；(3)改善土体的液化特性；(4)修复岩石裂缝；(5)控制堤岸等工程的渗流；(6)形成灌浆帷幕减少污染物在土壤中的扩散；(7)防风固沙等。

地基的液化是岩土工程中长期存在的一个问题，松散的粉土地基中的液化现象尤为突出，地基液化会造成建筑物浮起、倾斜、开裂等现象，通常液化地基的处理方法是振冲法、排渗法、化学注浆等，这些方法一般都需消耗较多的能源或产生一定的生态污染，微生物改性土体技术具有快捷、经济、生态等特点，将生物改性技术应用到液化粉土处理中具有重要意义。

发明内容

为了改良粉土的液化特性，本发明提供了一株可将溶态的二价铁离子氧化为三价铁离子的铁氧菌株。

本发明所说的铁氧菌，其代号为S1968(Arthobacter niigatensis)，保藏编号为CGMCC No.8524是从土壤中分离得到的可以产生大量红色黏泥的细菌（如图1）。

本发明进一步公开了铁氧菌S1968及利用其灌浆改良粉土液化特性的应用，以渗透系数、抗压强度、动强度作为主要指标来考察铁氧菌在改良粉土液化特性上的应用。

本发明采用如下的技术方案：利用铁氧菌改良粉土液化特性的方法，操作如下：

（1）制备标准培养液：每升培养液含有柠檬酸铁铵10g，含结晶水的硫酸镁0.5g，硫酸亚铁铵0.5g，磷酸氢二钾0.5g，氯化钙0.2g，硝酸钠0.5g，并控制pH值为6.8～7。

（2）制备菌液：将权利要求1所述的铁氧菌株S1968接种至标准培养液，于30℃下培养3～5天，得到菌液，菌株浓度可达2×10⁵～2×10⁷cell/mL。

（3）制备高浓度培养液：每升培养液含有柠檬酸铁铵20g，含结晶水的硫酸镁2g，硫酸亚铁铵2g，磷酸氢二钾2g，氯化钙0.5g，硝酸钠2.0g，并控制pH值为7.5～7.8。

（4）灌浆：

a.生物灌浆的步骤

第一步：进行一次灌浆，取2-3mL的菌液加入到一定量的新制标准培养液中充分摇匀混合，配制成S1968菌液，将S1968菌液灌入到放置重塑试样的模型容器内，S1968菌液与土样的体积比为3:1，静置培养7～10天后，待灌浆试样中产生生物黏泥，上部培养液变清，完成一次灌浆。生物黏泥主要由氢氧化铁组成，黏液中的氢氧化铁分子通过羟基和电离的阳离子作为桥连配体连接成的一种具有相当大的反应活性和吸附性的大分子络合物，具体过程如下：

第二步：进行二次灌浆，即灌入新制高浓度培养液，培养液与土样的体积比为0.25:1，静置培养7～10天后，待生物黏泥沉积，出现上清液，完成二次灌浆；

第三步：进行三次灌浆，即重复第二步，进行灌浆；

最后排放出灌浆后产生的上清液，完成灌浆。

b.重塑试样制备

为了验证本发明的效果，按照《土工试验规程》制取重塑试样若干分别灌浆，进行对照试验，试样的分组编号如下表1所示：

表1 试样制备

c.灌浆试样制备

A₁、B₁组试样不进行灌浆，为素土试样。

A₂、B₂组试样采用无菌标准培养液灌浆得到：即灌入无菌标准培养液，灌入浆液与土样的体积比为3:1，培养液自上往下渗入试样，静置培养7～10天后，放出灌浆液，完成灌浆。

B₃组试样采用一次生物灌浆后得到：即按生物灌浆步骤的第一步进行灌浆，将S1968菌液，灌入放置重塑试样的模型容器内，灌入浆液与土样的体积比为3:1，培养液自上往下渗入试样，静置培养7～10天后，排放出灌浆后产生的上清液，完成灌浆。