- 绪论
1.1研究背景
随着世界范围内的人口增长和社会发展，基础设施的相对不足同时对建设用地的需求不断增大。每年新增城市人口超过约每年新增城市人口超过约1000万，需要更多的基础设施建设来满足人们的生产生活需求，而建设用地资源十分有限，然而，基础设施的新建或扩建很大程度上会受限于其下地基土的工程性质。这就需要对不能满足工程需求的土地加以改良（固化）。
在近十年里，越来越多的研究关注重点在和微生物活动相关的岩土工程问题。这一领域的探索，将会拓展岩土工程理论的范围，并使得研究手段更加丰富。更为重要的是，可以将微生物过程加以控制和利用，作为一种技术手段来解决具体的工程问题。本文中，将这一用微生物过程来解决岩土工程问题的技术，称为微生物岩土技术。微生物岩土技术作为一项实用技术，在近些年里得到了非常快速的发展，积累了较多的文献资料。本文将对这些研究成果进行介绍、归类和分析。首先介绍岩土工程中可以利用的几种微生物过程，包括微生物矿化作用、微生物产气泡过程和微生物膜。其次，介绍微生物岩土技术常见的应用，包括岩土加固、岩土防渗、砂土液化治理，地基和土工结构抗侵蚀和污染土治理等。最后介绍微生物岩土技术的一些实际问题，如实施方法、监测和检测手段、环境影响等。
我国正处于经济高速发展时期，大量基础设施急需建设，建设用地日益紧缺，环境污染问题日益严峻，研究新型环境友好的土壤加固技术具有重要的现实意义。
作为自然界广泛存在的生物矿化过程一种，微生物诱导碳酸钙沉淀（microbial induced calcite precipitation，以下简称 MICP）法，机理简单，快速高效，容易控制，环境耐受性好，具有很多传统方法无法比拟的优势。将这一技术用于土壤加固，将会带来巨大的环境效益和经济效益，为我国经济的可持续发展做出重要贡献。
虽然这一研究在最近几年引起了人们的极大关注，人们对尿素水解MICP机理进行了深入研究，探讨并尝试了该技术在不同领域的应用，对其效果也进行了或多或少的评价。但是，针对MICP应用于固化土壤的研究相对较少。
因为MICP固化土壤是一个复杂的生物化学过程。微生物过程可以生产一些结晶和非结晶的无机化合物，这些微生物过程被称为微生物矿化作用。生产的无机化合物在岩土材料中起到填充和街角的作用，其功能类似于水泥，叫做生物水泥（biocemegt）。生产水泥可以由多种微生物过程来获得，如尿素水解过程、反硝化过程、硫还原过程、铁还原过程等。这些过程的有效产物即生化水泥通常是不溶性的沉淀物质，如碳酸钙、氢氧化铁等。如果沉淀物质能形成结晶体，能起到比非结晶体更好的胶结效果。以碳酸盐为产物的微生物过程，被称为微生物诱导碳酸盐沉淀（microbially induced carbonate precipitation，MICP）。
1.2MICP原理
自然界中的微生物包括了原核生物，如细菌、古细菌等，和真核生物，如藻
类、真菌等。最常见的微生物是细菌，也是微生物岩土技术里主要利用的微生物。细菌在土壤中的繁殖和生存需要空间。黏土矿物是指细菌的直径大约在0.5~3mu;m，细菌的孢子直径可以小至 0.2mu;m。而按照一般土的分类，直径小于2mu;m 的矿物。在黏土等细粒土中，微生物活动会受到土的空隙大小的影响。微生物的常见尺寸和土的矿物尺寸对比如图1所示。因此，微生物岩土技术处理的对象，大部分都是砂土、砾土等粗粒土；对细粒土的处理，往往需要采用机械搅拌等方法。此外，微生物的生长条件还包括了合适的营养、水、酸碱度、氧化还原条件、温度等。这些条件，既可能成为技术应用中的制约因素，又可以成为对反应系统控制的手段。
微生物反应的一些自身特点，为其在岩土工程中的应用带来了优势。微生物反应是自然界、特别是土体的生态坏境中本身就存在的过程，因此对坏境的影响较小；而岩土工程中的化学处理方法往往都是有毒性的或是对坏境有危害的[2]。MICP的主要原材料包括尿素水解细菌，以及尿素和氯化钙的混合溶液。使用的大致步骤：首先，对被处理土体进行接种，使得细菌吸附在土颗粒表面；其次，将混合溶液于被处理土体充分结合，使得反应发生。详细的微生物处理方法将在后文详述。尿素水解过程中，第一步反应是微生物参与的尿素水解，生成碳酸根和铵根离子：
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