MICP改性建筑固废细料的抗剪强度快速预估方法及模型的建模方法

本发明属于道路工程，涉及micp改性建筑固废细料的抗剪强度快速预估方法及模型的建模方法。

背景技术：

1、近年来，我国大力发展经济并推进城市化进程，与之相应的建筑固废产量与日俱增。据现有数据统计，我国每年产生的建筑固废总量高达约4.8亿吨，且预计在未来十年里，全国建筑固废产生总量平均每年将达到13亿吨，这意味着建筑固废的回收、处置和再利用已迫在眉睫。一些学者基于环境条件及施工成本的考虑提出应用建筑固废细料作为路基填料，以达到有效消耗大量的建筑固废并取得显著经济效益的目的。然而，应用建筑固废细料作为路基填料虽有诸多优势，但其粘聚力较低、强度差异较大的自身特性对其成为一种优质路基填料有着很大的阻碍。因此，本发明提出应用微生物诱导碳酸钙(microbiallyinduced carbonate precipitation，micp)方法对建筑固废细料进行微生物改良。

2、抗剪强度是表征路基强度特性的重要力学指标。目前，相关人员多通过三轴试验、剪切试验等室内试验测定路基填料的抗剪强度。然而，上述试验存在成本较高、耗时较长、需要专业人员进行操作等情况，进而会给路基填料抗剪强度的获取带来困难，从而不易被一线施工人员接受。鉴于此，建立一种简单且有效的micp改性建筑固废细料的抗剪强度快速预估方法是有必要的。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种micp改性建筑固废细料的抗剪强度快速预估方法，以解决现有的建筑固废细料粘聚力较低、强度差异较大的问题，以及现有的路基土抗剪强度测定方法成本高、耗时长、需要专业人员进行操作的问题。

2、本发明实施例的另一目的在于提供一种micp改性建筑固废细料的抗剪强度快速预估模型的建模方法。

3、本发明实施例所采用的技术方案是：micp改性建筑固废细料的抗剪强度快速预估方法，按照以下步骤进行：

4、步骤1：确定当前待预估micp改性建筑固废细料的micp改性处理次数并测量压实度；

5、步骤2：基于待预估micp改性建筑固废细料的micp改性处理次数和压实度，利用综合考虑micp改性处理次数和压实度影响的micp改性建筑固废细料的抗剪强度快速预估模型进行计算，得到当前待预估micp改性建筑固废细料的抗剪强度预测值。

6、进一步的，所述的综合考虑micp改性处理次数和压实度影响的micp改性建筑固废细料的抗剪强度快速预估模型如式(1)、(3)、(5)所示：

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8、

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10、其中，τf为抗剪强度，c(nmicp,dc)为粘聚力c与压实度dc、micp改性处理次数nmicp的关系式，为内摩擦角与压实度dc、micp改性处理次数nmicp的关系式，a、b、d、f为与压实度dc相关的拟合参数，σi为作用在破坏面上的正应力。

11、进一步的，所述的压实度dc与拟合参数a、b、d、f间的关系式，如式(4)所示：

12、

13、其中，a1、a2、a3、b1、b2、d1、d2、f1、f2为模型参数。

14、进一步的，所述的综合考虑micp改性处理次数nmicp和压实度dc影响的micp改性建筑固废细料的抗剪强度τf的预估模型如式(6)所示：

15、

16、其中，τf为抗剪强度，dc为压实度，nmicp为micp改性处理次数，σi为作用在破坏面上的正应力。

17、本发明实施例所采用的另一技术方案是：micp改性建筑固废细料的抗剪强度快速预估模型的建模方法，按照以下步骤进行：

18、步骤s1：选用重型击实法对建筑固废细料进行击实，确定建筑固废细料的最大干密度和最佳含水率；

19、对建筑固废细料进行预设次数的micp改性处理，并将处理后的micp改性建筑固废细料放置于恒温保湿缸中进行养护；

20、步骤s2：养护完成后，利用micp改性建筑固废细料制备含水率为最佳含水率以及不同压实度的建筑固废细料试样用于剪切试验，得到粘聚力c与不同压实度dc和不同micp改性处理次数nmicp的曲线关系以及内摩擦角与不同压实度dc和micp改性处理次数nmicp的曲线关系；

21、步骤s3：基于步骤s2的粘聚力c与不同压实度dc和不同micp改性处理次数nmicp的曲线关系，建立粘聚力c与压实度dc、micp改性处理次数nmicp的关系式c(nmicp,dc)；基于步骤s2的内摩擦角与不同压实度dc和micp改性处理次数nmicp的曲线关系，建立不同压实度dc下内摩擦角与micp改性处理次数nmicp的关系式；

22、基于不同压实度dc下内摩擦角与micp改性处理次数nmicp的关系，进一步得到内摩擦角与压实度dc、micp改性处理次数nmicp的关系式

23、步骤s4：基于关系式c(nmicp,dc)和得到综合考虑micp改性处理次数nmicp和压实度dc影响的micp改性建筑固废细料的抗剪强度τf的预估模型。

24、进一步的，一次micp改性处理的过程为：

25、将cacl2溶液均匀加入建筑固废细料中并进行风干处理；

26、使用适合建筑固废细料的微生物菌液对风干处理后细料均匀喷洒，使得细料可以与微生物菌代谢物中的脲酶水解物充分反应进而完成micp改性处理过程中的矿化作用；

27、最后，将经过micp改性处理的建筑固废细料放置在自然条件下风干且碾碎。

28、进一步的，micp改性处理过程中，依据建筑固废细料的最佳含水率的数值掺入等量的微生物菌液。

29、进一步的，micp改性处理过程中，采用吸光度od600＝1的巴士芽孢杆菌液对风干处理后细料均匀喷洒。

30、本发明实施例的有益效果是：

31、1.应用微生物诱导碳酸钙(microbially induced carbonate precipitation，micp)的方法对建筑固废细料进行微生物改良，施工工期短、操作简单、费用低且对环境友好，解决了现有的建筑固废细料粘聚力较低、强度差异较大的问题；

32、2.提供一种micp改性建筑固废细料的抗剪强度快速预估方法，通过表征路基强度特性的重要指标-抗剪强度来为micp改性建筑固废细料在运营过程中的稳定性与耐久性分析提供有效参考，通过抗剪强度指标(粘聚力、内摩擦角)来预估micp改性建筑固废细料在不同条件下的抗剪强度，与现有方法相比能够便捷、准确的获得micp改性建筑固废细料的抗剪强度，较便利的指导了micp改性建筑固废细料在道路结构中的设计和施工，且可以将本方法推广至其他同类材料的设计与检测中，具有广阔的应用价值；

33、3.提出的micp改性建筑固废细料的抗剪强度快速预估方法，其中包括的抗剪强度快速预估模型综合考虑了micp改性处理次数、压实度的影响，同时，该模型物理意义明确、结构简单，大大减少了试验耗时，降低了试验难度，为不具备试验条件的现场施工单位提供了明显的工程便利，具有较高的市场推广价值，解决了现有的路基填料抗剪强度测定方法成本高、耗时长、需要专业人员进行操作的问题。