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yexuqing木蟲之王 (文學泰斗)
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劉乾靈：微生物礦化封堵巖體微裂隙降滲機制研究 已有1人參與
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劉乾靈：微生物礦化封堵巖體微裂隙降滲機制研究【EG，2024】 2024-06-24 閱讀：38次 地質儲庫是解決地下能源儲存、高放核廢料儲存、CO2封存等的最佳方案之一。然而，地質儲庫圍巖中廣泛發(fā)育的微裂隙不僅增加了儲存物質的泄漏風險，而且在內外載荷作用下還可能進一步擴展，因此需要注漿封堵（圖1）。水泥基漿液是最常用的注漿方式，但對于隙寬微小的裂隙巖體，水泥基漿液可注性較差，直接影響了封堵效果。微生物誘導碳酸鈣沉淀（MICP）生成的微生物水泥具有漿液顆粒小、黏度低、流動性好等優(yōu)點，為封堵巖體微裂隙提供了新的思路。 針對上述問題，我校工程技術學院博士生劉乾靈在“地下能源儲存與工程災害防控”創(chuàng)新團隊張彬教授、王漢勛副教授的指導下，以大型地下水封油庫洞室滲水量控制難題為工程背景，基于自行設計的可視化裂隙模型試驗裝置（圖2），研究了微生物礦化封堵巖體微裂隙降滲機制，取得了以下創(chuàng)新性認識： 1、微生物礦化反應生成的沉淀使得巖體微裂隙中漿液流動表現(xiàn)為通道流動模式，并隨著微生物沉淀對流動通道不斷封堵，裂隙中漿液流動路徑發(fā)生演化，進而導致裂隙滲透性呈現(xiàn)“階梯式”下降。 2、基于微生物礦化封堵巖體裂隙過程中流動通道的演化特征，以及所導致的裂隙滲透性下降規(guī)律，構建了微生物礦化封堵巖體裂隙降滲模式，并確立了封堵模式中影響微裂隙滲透性下降的關鍵因素—裂隙臨界封堵閾值（圖3）。 3、揭示了微生物漿液濃度與隙寬對裂隙臨界封堵閾值的影響機制，結果表明：微生物漿液越大、裂隙隙寬越小，達到裂隙臨界封堵閾值所需的循環(huán)次數(shù)越少（圖4）。 4、通過顯微觀察微生物漿液反應生成的礦化絮狀物，以及統(tǒng)計不同漿液濃度反應生成絮狀物顆粒尺寸直徑的d50與d90發(fā)現(xiàn)，較大濃度的微生物漿液明顯提升了礦化絮狀物中大顆粒的含量，增強了對裂隙的封堵效率（圖5）。 該研究工作對于拓展微生物礦化封堵巖體微裂隙應用場景，推進大型地下水封油庫精細化控滲具有重要的理論意義和實用價值。 圖1 地質儲庫中圍巖裂隙形成的泄漏通道以及注漿封堵效果示意圖 圖2 可視化裂隙模型試驗裝置示意圖 圖3 微生物礦化封堵裂隙模式示意圖：(a)、(b)、(c)、(d)分別為微生物礦化封堵過程中裂隙流動通道演化的四個階段；(e)為微生物礦化封堵過程中裂隙導水系數(shù)下降示意曲線 圖4 不同微生物漿液濃度以及隙寬對裂隙封堵模式的影響 圖5 不同微生物漿液濃度反應生成的礦化絮狀物顯微拍攝及粒徑分布：(a) OD600=1.2；(b) OD600=1.4；(c) OD600=1.6；(d) OD600=1.8；(e) OD600=2.0 上述研究工作受國家自然科學基金項目（No. 41972300, No. 41572301, No42107201）的資助，發(fā)表在工程地質領域國際權威期刊《Engineering Geology》上：Qianling Liu (第一作者); Bin Zhang* (通訊作者); Jingkui Wang; Zhe Sun; Zhenhua Peng; Jinchang Wang; Hanxun Wang. Microbially mediated rock fine fracture mineralization sealing: Evolution of flow channels and the resulting transmissivity reduction. Engineering Geology, 2024, 334: 107525. [IF 2022=7.4]。 全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2024.107525 |
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2樓2024-07-31 16:12:57
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