CN106290100A - 一种土体生物固结非扰动渗透性及强度检测试验装置 - Google Patents

一种土体生物固结非扰动渗透性及强度检测试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于土体快速生物固结的渗透性及强度检测试验装置，能实现生物固结温度可控、实时监测样本渗透系数变化并实现无扰动固结土体强度检测样本的制备。

Description

一种土体生物固结非扰动渗透性及强度检测试验装置
技术领域：
本发明是一种土体生物固结非扰动渗透性及强度检测试验装置，属于土力学实验室土体强度试验设备领域和渗流水力学实验设备领域。
背景技术：
利用微生物对土体进行固结处理，是刚出现的一种新型加固技术。该技术的主要原理是，通过向地下土体中注入适量的营养物质及矿物质，利用某些细菌对对尿素的水解能力生成碳酸根离子，并与钙离子结合形成矿物质沉积，经过一段时间会逐渐固化并堵塞土体颗粒间的孔隙，从而达到增加土体强度的目的。目前土体生物固结实验中，试验装置体积较大，而生物固结对温度要求较高，需要保持适当的实验温度才能达到最快固结速度；并且实验土体在完成固结后，通常利用土工环刀进行土体取样后，再进行剪切试验以检测土体强度变化。目前这种试验手段存在明显缺点：温度控制通常采用实验房间或区域供暖，成本高，且热分布不均匀；利用环刀进行固结土样取样会对土体造成扰动，严重影响实验效果及精度。
发明内容
本发明提供一种用于土体快速生物固结非扰动渗透性及强度检测的实验装置，能简便快捷地调节试样温度，并进行无扰动强度及渗透性检测。
具体而言，该装置包括土体生物固结和温度控制两大部分。土体生物固结部分由分片式不锈钢筒、供水单元和水头测量单元组成；温度控制部分由铜质散热器、加热水箱和供水单元组成。
本装置的工作方式如下：
1.将试验土样装入分片式不锈钢筒并密封，拧紧进出水端，并将之竖直固定于铁架台上。
2.将螺旋式散热器套于不锈钢筒外，并裹以保温材料
3.通过调节加热水箱温度和供水流速，对不锈钢筒内土样温度进行调节，以加速土体固结。
4.从不锈钢筒进水端注入相关微生物试剂，并通过供水蠕动泵缓慢注入营养液，通过外置水头测量单元，可监测土体渗透性的变化情况。
5.固结完成后，打开分片式不锈钢套，可得到无扰动的固结土柱试样，该试样可直接用于三轴仪进行强度剪切试验。
本装置具有如下优点：
1.直接利用分片式不锈钢桶作为固结试验装置，无需再进行固结土体采样步骤，固结后的土柱能无损地直接置于三轴剪切仪进行强度剪切试验，完全避免了土样的扰动。
2.能实时监测土体内部渗透系数的变化。
3.能精确调节试验土样的温度，加速微生物繁殖，实现固结速度的最大化。
4.温度调节装置安装简便快捷，成本低廉。
5.微生物进样口和进水口位于试样底部，能加速土体饱和并使微生物及营养物质在土体内部的分布更为均匀。
附图说明：
图1为本发明的试验结构装置图
图2为本发明中所用分片式不锈钢桶示意图
图中：1，分片式不锈钢桶；2，测压管；3，注水口蠕动泵；4，微生物注入口；5，散热紫铜管；6，出水口；7，温度计；8，过滤器；9，供热蠕动泵；10，调温式电热水箱；11，紧固环；12，咬合式接缝；13，变径式斜面；
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
1.按图2安装好1(分片式不锈钢桶)；
2.将待固化的土样或砂样装入1(分片式不锈钢桶)内；
3.按图1安装好试验装置；
4.调节10(调温式电热水箱)至目标温度，打开9(供热蠕动泵)，待7(温度计)读数达到目标温度；
5.从4(微生物注入口)注入相应微生物，并打开3(注水口蠕动泵)；
6.从2(测压管)观测试样两端水头读数，根据达西定律可得到试样在试验过程中的渗透系数变化情况；
7.试验结束后，拆下1(分片式不锈钢桶)，去除11(紧固环)，并沿12(咬合式接缝)打开钢桶，取出固化后的试样即可置于三轴仪进行强度剪切试验。

Claims (8)

1.一种土体生物固结渗透性及强度检测试验装置，其特征在于：包括温度精确控制系统、流速控制装置、微生物加样装置、样品两端压力水头监测装置和快拆式无扰动样品制备装置，其中：
温度精确控制系统，用于实时测量1内部温度和精确控制试验温度；
流速控制装置：根据(1)中微生物活跃程度，控制试验过程中营养液及钙剂的注入流量；
微生物加样装置：包括样品底部微生物注入口；
样品两端压力水头监测装置：用于实时监测样品渗透系数的变化；
快拆无扰动样品制备装置：用于装填土样开展生物固化试验并实现无扰动固结土样制备。
2.根据权利要求1所述土体生物固结渗透性及强度检测试验装置，其特征在于：所述温度精确控制系统由调温型电热水箱、蠕动泵、温度计和散热器组成。温度计用于测量1中实时温度；散热器由紫铜管构成并呈螺旋状包裹于(1)的外表面；流量可调式蠕动泵用于驱动热水流动。
3.根据权利要求1所述土体生物固结渗透性及强度检测试验装置，其特征在于：流速控制装置(3)可根据(1)中微生物活动状态调节营养液和钙剂的供应量。
4.根据权利要求1所述土体生物固结渗透性及强度检测试验装置，其特征在于：微生物加样装置和营养液进口位于(1)底部，通过硅胶管与(8)相连。
5.根据权利要求1所述土体生物固结渗透性及强度检测试验装置，其特征在于：(1)两端压力水头监测装置安装于底部与顶部，可即时反映样品渗透性变化情况。
6.根据权利要求1所述土体生物固结渗透性及强度检测试验装置，其特征在于：快拆式无扰动样品制备装置(1)有分片式不锈钢桶通过(12)咬合，并用(13)进行紧固；(8)通过螺栓固定于不锈钢桶上下两端，并用柔性密封圈进行密封。
7.根据权利要求6所述快拆式无扰动样品制备装置，其特征在于：外表面为渐变式变径曲面，利用紧固环(13)可快速拆装。
8.根据权利要求6所述快拆式无扰动样品制备装置，其特征在于：生物固结试验完成后，取下不锈钢桶，去掉紧固环(13)，分开桶壁即可得到无扰动的生物固结后的土柱样本，并可直接用于土体强度剪切试验。
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