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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽(yáng)系系主任
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劉乾靈：微生物礦化封堵巖體微裂隙降滲機(jī)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(jī)制研究【EG，2024】 2024-06-24 閱讀：38次 地質(zhì)儲(chǔ)庫(kù)是解決地下能源儲(chǔ)存、高放核廢料儲(chǔ)存、CO2封存等的最佳方案之一。然而，地質(zhì)儲(chǔ)庫(kù)圍巖中廣泛發(fā)育的微裂隙不僅增加了儲(chǔ)存物質(zhì)的泄漏風(fēng)險(xiǎn)，而且在內(nèi)外載荷作用下還可能進(jìn)一步擴(kuò)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(duì)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(dǎo)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(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)，為封堵巖體微裂隙提供了新的思路。 針對(duì)上述問(wèn)題，我校工程技術(shù)學(xué)院博士生劉乾靈在“地下能源儲(chǔ)存與工程災(zāi)害防控”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)張彬教授、王漢勛副教授的指導(dǎo)下，以大型地下水封油庫(kù)洞室滲水量控制難題為工程背景，基于自行設(shè)計(jì)的可視化裂隙模型試驗(yàn)裝置（圖2），研究了微生物礦化封堵巖體微裂隙降滲機(jī)制，取得了以下創(chuàng)新性認(rèn)識(shí)： 1、微生物礦化反應(yīng)生成的沉淀使得巖體微裂隙中漿液流動(dòng)表現(xiàn)為通道流動(dòng)模式，并隨著微生物沉淀對(duì)流動(dòng)通道不斷封堵，裂隙中漿液流動(dòng)路徑發(fā)生演化，進(jìn)而導(dǎo)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(guò)程中流動(dòng)通道的演化特征，以及所導(dǎo)致的裂隙滲透性下降規(guī)律，構(gòu)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(guān)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(duì)裂隙臨界封堵閾值的影響機(jī)制，結(jié)果表明：微生物漿液越大、裂隙隙寬越小，達(dá)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(guò)顯微觀察微生物漿液反應(yīng)生成的礦化絮狀物，以及統(tǒng)計(jì)不同漿液濃度反應(yīng)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(qiáng)了對(duì)裂隙的封堵效率（圖5）。 該研究工作對(duì)于拓展微生物礦化封堵巖體微裂隙應(yīng)用場(chǎng)景，推進(jìn)大型地下水封油庫(kù)精細(xì)化控滲具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。 圖1 地質(zhì)儲(chǔ)庫(kù)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(yàn)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(guò)程中裂隙流動(dòng)通道演化的四個(gè)階段；(e)為微生物礦化封堵過(guò)程中裂隙導(dǎo)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(duì)裂隙封堵模式的影響 圖5 不同微生物漿液濃度反應(yīng)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(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No. 41972300, No. 41572301, No42107201）的資助，發(fā)表在工程地質(zhì)領(lǐng)域國(guó)際權(quán)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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