微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）是一种新型的土体改性技术。相比于传统的技术方法，MICP技术具有广泛的适用性和良好的生态效益。然而，土体是一种非常复杂的多孔介质，微生物处理浆液在土体孔隙中的迁移扩散过程和碳酸钙产物的时空分布特征是制约MICP处理效果的关键因素，如何在处理过程中实时获取上述信息一直是该领域面临的重要挑战。因此，研发一种快捷有效的MICP处理全过程监测技术，对更好地理解微生物加固土体的作用机理和准确评价加固效果具有重要意义。
电阻率层析成像 (ERT)是一种非破坏性的地球物理方法，在监测 MICP处理方面具备较大的潜力。为此，我院唐朝生教授课题组采用自主开发的ERT测试及反演系统，在国际上率先实现了微生物改性砂土全过程的持续精细监测。通过采集不同处理阶段的直流电阻率信号，利用电阻率模型直观地表征了微生物浆液在砂土中的时空迁移与分布特征。此外，研究发现电阻率变化与MICP处理过程中的尿素水解和碳酸钙沉淀有较好的对应关系，处理后的电阻率分布特征与碳酸钙沉淀分布特征呈现较好的一致性。基于上述试验结果，揭示了微生物诱导碳酸钙沉淀影响砂土电阻率的机制，并进一步构建了二者之间的定量关系。
图1 微生物处理前后砂土电阻率的空间分布
图2 碳酸钙沉淀影响砂土电阻率的机制及其定量关系
该项研究为MICP改性土体全过程精细监测和处理效果无损检测提供了解决方案，为微生物地质工程技术的过程管理与效果定量评价提供了新的思路。
相关研究成果近期以“Monitoring and characterizing the whole process of microbially induced calcium carbonate precipitation (MICP) using electrical resistivity tomography”为题，发表于美国土木工程师协会（ASCE）的顶级期刊《Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering》，我院博士研究生章君政为论文第一作者，唐朝生教授为论文通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金的联合资助。
论文信息：
Zhang, J.-Z., C.-S. Tang*, C. Lv, Q.-Y. Zhou and B. Shi. 2023. "Monitoring and characterizing the whole process of microbially induced calcium carbonate precipitation using electrical resistivity tomography." Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 150, 04023132, https://doi.org/10.1061/JGGEFK.GTENG-11782.
