考虑有机质降解的高原湖相泥炭土工程特性及其地基长期沉降研究

The organic matter content，component and fabric are the key factors of the peaty soil engineering properties, but also the most active component in the soil. The decomposition rate of peaty soil could be accelerated as a result of more favorable environmental conditions, created naturally or by anthropogenic activity. And the physical and mechanical properties of peaty soil would be changed due to the organic matter gradual changes over an extended period. The project prepares to focus on the plateau lacustrine peaty soil form Kunming and Dali cities, and the experimental set ups would be developed in order to simulate decomposition of peaty soils under controlled laboratory conditions and measure the rates of biogas production. The rate of decomposition for peaty soil would be affected by altering the carbon: nitrogen (C: N) ratio, pH, temperature and groundwater level fluctuation for optimum conditions. The single factor and the coupling amplification of the multi-factor will be stimulated by the experimental set ups to make clear the law of engineering properties changes. Specifically, this project explores the relationship between decomposition and the engineering properties of peaty soil. Finally, the analysis model of long-term foundation deformation is expected to be established. The output of this project will increase mankind's knowledge of the organic matter decomposition, and provide theoretical basis for predicting the long-term settlement of peaty soil foundation.

有机质含量、组分和结构是决定泥炭土工程性质的主要因素，但有机质又是土壤中最活跃的物质组成部分；在自然环境改变或人类活动影响下会加速其降解，从而改变泥炭土的宏观工程性质并使地基产生长期沉降。本项目拟以昆明、大理市泥炭土为代表的高原湖相泥炭土为研究对象，通过研发室内模拟装置，系统研究地下水位升降、碳氮比（C:N）、土壤酸碱度、温度等因素单独及耦合作用对泥炭土有机质降解速率的影响，建立泥炭土有机质降解速率模型，为评价工程活动可能导致的泥炭土有机质加速降解提供依据，揭示有机质降解引起的泥炭土宏观工程性质改变规律，最终建立泥炭土地基降解沉降分析及计算模型。本项目研究将增加人们从岩土工程角度对泥炭土有机质降解相关问题的了解，同时，为准确预测泥炭土地基长期沉降提供理论依据。

项目以昆明、大理市泥炭土为代表的高原湖相泥炭土为研究对象，系统研究了高分解度泥炭土的工程特性及微生物降解对其工程特性的影响。基于一系列室内试验结果，系统分析了高原湖相泥炭质土一维固结特性，并探讨了取样深度、固结压力p、加荷比R、加荷方式和预压荷载等因素对固结系数Cv的影响及机理。采用固结-渗透联合试验对取自6个场地二十余组土样天然状态及一维压缩过程中渗透系数进行了测定，并分析了加载时长、应力水平以及烧失量、残余纤维含量等因素对其渗透性的影响并建立渗透模型。研发了模型试验装置，利用富集菌液对泥炭土进行了为期90天的分解，对分解过程中泥炭土的物理力学性质进行分析测试。机理分析表明，泥炭土工程性质的改变不仅和有机质含量下降有关，还可能和组分变化有关。提出利用微生物技术制备原生菌高浓度菌液，用来加快土中有机质分解速率，实现在较短时间内显著降低有机质含量、改善土的工程性质的目的。为验证其可行性，研发了2套模型装置，分别模拟厌氧、好氧环境下泥炭土有机质分解过程，并测试分析了分解后泥炭土的烧失量、界限含水率及一维固结蠕变特性。试验结果表明：厌氧环境下，菌液浸泡的泥炭土生物气产量比纯水浸泡的有大幅度提高，其产气动力学特征符合修正Gompertz模型。好氧环境下，分解30 d左右时，2个场地泥炭土烧失量分别减少了10.3%和15.6%，减少量比厌氧环境下的大。界限含水率试验表明，泥炭土液限随微生物分解反应时间的增长有所降低，而塑限变化幅度不大。一维固结蠕变试验表明，有机质分解后的泥炭土次固结系数下降，分解时间越长，次固结系数下降越显著。对新技术的特点进行了分析，并对其理论及应用研究进行了展望；该技术有望发展为一项生态友好型的泥炭土地基新型处理方法，改良泥炭土有望成为微生物岩土技术一个潜在应用领域