近日，建筑工程学院绿色环境岩土工程团队石磊副教授在基于微生物技术的裂隙岩体降渗研究方面取得了系列进展。相关研究成果分别发表在《Engineering geology》、《Acta Geotechnica》和《Journal of Cleaner Production》上，并获得国家发明专利（CN 112730195B）授权。
微生物诱导碳酸钙沉淀技术是一种环境友好的岩土体改良新型技术，可有效降低土木工程领域的碳排放，符合国家“双碳”重大战略导向。基于微生物的岩体降渗技术在岩质文物修复、深地工程裂隙处理方面具有很好的应用前景。然而，裂隙复杂渗流环境对生物降渗过程影响机制尚不明确，亟需开展系统的研究工作。在此背景下，团队围绕微生物裂隙降渗问题开展系统研究。
首先，研究团队针对微生物裂隙降渗过程渗流特征的动态演化规律开展研究。通过自主设计实验系统，结合三维激光扫描及数值模拟技术，揭示了微生物降渗过程中碳酸钙附着规律及其对裂隙内渗流场变化的影响机制，发现碳酸钙的生成量和附着均匀性共同影响微生物裂隙降渗效果，并在此基础上揭示了浆液注入速度、裂隙宽度对微生物降渗效果的影响规律（图1）（Journal of Cleaner Production）。
图1 微生物注浆过程渗流场动态演变过程：(a) 注浆7次碳酸钙分布云图；(b) 裂隙表面分形维数变化规律；(c) 渗流场动态演化数值模拟结果
其次，研究团队针对基于培养环境的微生物降渗过程调控机制开展研究。选取两种典型的巴氏芽孢杆菌（Sporosarcina pasteurii）培养环境，揭示了不同培养环境对微生物降渗过程碳酸钙附着特征及渗流场演化规律的影响；建立了两种培养环境下微生物降渗过程的概化模型，发现在含有尿素的培养环境下可实现裂隙快速、局部的封堵，而在不含有尿素的培养环境下裂隙生物降渗过程相对缓慢，但封堵范围较大（图2）（Acta Geotechnica）。
图2 不同培养基环境下微生物降渗过程概化图
最后，研究团队针对微生物裂隙降渗工艺中关键参数的问题开展研究。选取菌胶比、胶结液浓度及注入流速三个典型的参数，从水力开度、碳酸钙生成量、碳酸钙分布均匀性及晶体特征四个角度，系统揭示三个因素对微生物裂隙降渗效果及效率的影响规律；通过正交实验，结合熵权法探明了注入流速是影响微生物裂隙降渗效果的主控因素；在此基础上，针对微生物降渗的工程化应用提出合理化建议（图3）（Engineering geology）。
图3微生物裂隙降渗效率变化规律：(a) 菌胶比；(b) 胶结液浓度；(c) 注入流速
该系列研究成果河南大学为第一完成单位，石磊副教授为论文第一作者，张建伟教授为通讯作者。相关工作得到中国博士后基金、河南省科技攻关项目、河南省高等学校重点科研项目的经费支持。
全文链接：https://doi.org/10.1007/s11440-024-02425-6
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.143571
https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2024.107869
石磊，副教授，硕士研究生导师，建筑工程学院绿色环境岩土工程创新型科技团队骨干，中国岩石力学与工程学会环境岩土工程分会青年委员会委员。长期从事基于诱导碳酸钙技术（MICP/EICP）的岩土体降渗、能源工程地质（地下油气储库工程地质）的研究工作。主持中国博士后面上资助项目、河南省科技攻关等项目。在Engineering Geology, Acta Geotechnica, Tunnelling and Underground Space Technology, Journal of Cleaner Production, Physics of Fluids, 岩土工程学报等国内外主流期刊发表论文21篇。
张建伟，教授，建筑工程学院绿色环境岩土工程创新型科技团队负责人。团队围绕微生物技术在土体改良、污染土治理、岩土体裂隙降渗及岩土质不可移动文物修复等方面开展应用研究，在国内外期刊发表论文86篇，其中SCI/EI检索论文64篇，授权发明专利12项，出版《环境岩土工程学》著作1部，获河南省科学技术奖二等奖1项，河南省科学技术奖三等奖2项。
