CN107271636B - 一种用于微生物加固砂土的试验装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种砂土加固试验装置及使用方法，砂土加固试验装置主体结构由一个设备主体和砂土模具构成，设备主体包括从上到下依次设置的上盖板、有机玻璃柱管和下盖板，上盖板和下盖板与有机玻璃柱管粘合在一起形成封闭空间，封闭空间的上部靠近上盖板一侧设置有上砂砾层，上砂砾层下方设置有上滤板，上滤板嵌入有机玻璃柱管，封闭空间的下部靠近下盖板一侧设置有下砂砾层，下砂砾层上方设置有下滤板，下滤板嵌入有机玻璃柱管。砂土模具为圆盘形，砂土模具具有多个用于放置砂土样品的圆孔。本发明是一种用于微生物加固砂土的试验装置及使用方法，其结构简单、固化样品的均匀性较高、固化效果较好、菌液和营养液的利用率高、成本低。

Description

一种用于微生物加固砂土的试验装置及使用方法

技术领域

本发明属于岩土工程领域，具体涉及一种砂土加固的试验装置及使用方法，特别是涉及一种用微生物加固砂土的试验装置及使用方法。

背景技术

微生物灌浆加固技术是在一定的人为环境和营养条件下，岩土中一些无毒害的天然微生物新陈代谢作用能显著析出多种矿物结晶，如:碳酸盐、磷酸盐、氧化物、硅华以及胞外聚合物等，从而使得软弱砂土的原位微生物改性与固化成为可能。该技术通过向松散砂土地基中低压传输微生物细胞以及营养盐，最终在砂土孔隙中快速析出碳酸钙胶凝结晶，改善土体力学性能。微生物注浆加固土体技术具有扰动小、工期短、加固效果明显和低耗能等优势，是目前土体加固研究的前沿问题。

国内外研究者进行微生物注浆固化砂土研究采用的均是自行设计的试验装置。通过总结这些实验，发现它们共同点如下：

1.菌液或营养液注入方式大多采用蠕动泵打入或者手持注射器注入；

2.反应发生器大多采用单只长管或有机玻璃柱。这些试验方法虽然取得一定效果，但是实验过程中入水口附近的砂土孔隙很容易被生成的碳酸钙晶体堵塞，并造成细菌和碳酸钙在砂土样品内的不均匀分布；

3.砂土样品很难从反应器中取出，只能通过切割反应器才能取出样品，这就给后续样品测试增加了麻烦；此外，水泵及注射器的使用，导致菌液在一定压力下注入，虽然可以使其更好的渗透到土壤中，但同时也会导致一部分菌液和营养液从出水口流失，降低尿素和氯化钙的利用率。

因此现有的加固砂土的实验装置面临菌液和营养液在砂土样品分布不均匀、易流失、利用率较低、砂土固化效果较差以及砂土反应器不能重复利用的问题，基于此，为提高固化样品的均匀性，改善固化效果，提高利用率，降低成本，设计一种新的微生物注浆固化砂土试验装置，有着极其重要的科学意义和现实意义，具有较高的研究价值。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种用于微生物加固砂土的试验装置及使用方法，其结构简单、固化样品的均匀性较高、固化效果较好、菌液和营养液的利用率高、成本低。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种砂土加固试验装置，砂土加固试验装置主体结构由一个设备主体和砂土模具构成，所述设备主体为圆柱体结构，所述设备主体包括从上到下依次设置的上盖板、有机玻璃柱管和下盖板，所述上盖板和所述下盖板与所述有机玻璃柱管粘合在一起形成封闭空间，所述封闭空间的上部靠近所述上盖板一侧设置有上砂砾层，所述上砂砾层下方设置有上滤板，所述上滤板嵌入所述有机玻璃柱管，所述封闭空间的下部靠近所述下盖板一侧设置有下砂砾层，所述下砂砾层上方设置有下滤板，所述下滤板嵌入所述有机玻璃柱管，所述上盖板设置有进液口和排气口，所述进液口设置有进液阀门，所述下盖板设置有排液口，所述排液口设置有排液阀门。

可选的，所述砂土模具为圆盘形，所述砂土模具具有多个用于放置砂土样品的圆孔；

可选的，所述上盖板以及所述下盖板的外缘直径与所述有机玻璃柱管的外径相同，所述有机玻璃柱管的外径d＝21cm；

可选的，所述上滤板以及所述下滤板的外缘直径与所述有机玻璃柱管的内径相同，所述有机玻璃柱管的内径d＝20cm；

可选的，所述上滤板与所述下滤板的网格直径为2-5mm；

可选的，所述有机玻璃柱管的高度为16mm；

可选的，所述设备主体由透明且耐腐蚀有机玻璃制成；

本发明还提供一种砂土加固试验装置的使用方法，

①选取砂土样品数量为6个，砂土样品直径为3.91cm的砂土模具，将每个砂土样品外包裹一层针刺土工布，土工布外层再包裹一层钢丝网；

②将包裹好的砂土样品放入砂土模具中的圆孔内；

③将下盖板与有机玻璃柱管底部粘合在一起，放入下砂砾层，并将下滤板嵌入有机玻璃柱管内，将放置有包裹好的砂土样品的砂土模具放入封闭空间内，依次放入上滤板和上砂砾层，将上滤板嵌入有机玻璃柱管内，将上盖板盖好，并将上盖板与所述有机玻璃柱管顶部粘合在一起；

④关闭排液阀门，打开进液阀门，采用注液瓶向进液口注入巴斯芽孢杆菌菌液、尿素与氯化钙混合溶液，液体注入完毕后，培养48小时后，打开排液口(8)的排液阀门排出残余液体；

⑤重复④步骤6-7次；

⑥14天后，将上盖板与有机玻璃柱管顶部的玻璃胶割开，打开上盖板，取出上砂砾层和上滤板，并将砂土模具取出，

⑦取出包裹好的砂土样品，拆除钢丝网和土工布，得到加固后的砂土样品并进行土力学测试。

可选的，所述土工布为针刺土工布。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本发明用于微生物加固砂土的试验装置的砂土样品为多个，能够采用菌液对多个试样进行充分的渗透和浸泡的方式，相对于传统采用蠕动泵打入或者手持注射器注入，且反应发生器大多采用单只长管或有机玻璃柱的方式，克服了入口易堵塞、细菌和碳酸钙在砂土样品内的不均匀分布的严重缺陷，提高了固化样品的均匀性，改善固化效果；且采用的浸泡方式使得菌液和营养液充分得到利用，提高了菌液和营养液的利用率。

2、本发明用于微生物加固砂土的试验装置的设备主体采用有机玻璃制成的微生物加固砂土试验装置，可观测装置内菌液及营养液的量，便于及时控制菌液、营养液注入和排出时间。

3、本发明用于微生物加固砂土的试验装置的砂土样品外包裹一层土工布，所述土工布外层包裹一层钢丝网，砂土样品很容易从反应器中取出，只需割开土工布即可取出，弥补了现有砂土样品只能通过切割反应器才能取出样品取出的缺陷。

本发明是一种用于微生物加固砂土的试验装置及使用方法，其结构简单、固化样品的均匀性较高、固化效果较好、菌液和营养液的利用率高、成本低，能够解决现有实验装置面临的固化样品均匀性较差、菌液和营养液的利用率较低的问题，需要说明的是，还可以对本发明做出若干的改变或变形，这同样属于本发明的保护范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为发明实施例中一种砂土试验装置示意图；

图2为本发明实施例中砂土模具示意图；

附图标记说明：1、进液口；2、排气口；3、上盖板；4-1、上砂砾层；4-2、下砂砾层；5-1、上滤板；5-2、下滤板；6、有机玻璃柱管；7、下盖板；8、排液口；9、砂土样品；10、土工布；11、钢丝网；12、砂土模具；13、封闭空间。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种用于微生物加固砂土的试验装置及使用方法，其结构简单、固化样品的均匀性较高、固化效果较好、菌液和营养液的利用率高、成本低，能够解决现有实验装置面临的固化样品均匀性较差、菌液和营养液的利用率较低的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种用于微生物加固砂土的试验装置，如图1所示，砂土加固试验装置的主体结构由一个设备主体和砂土模具12构成，设备主体为圆柱体结构，设备主体包括上盖板3、有机玻璃柱管6和下盖板7，上盖板3、有机玻璃柱管6和下盖板7从上到下依次设置，并将上盖板3和下盖板7与有机玻璃柱管6粘合在一起形成一个封闭空间13，封闭空间13的上部靠近上盖板3一侧设置有上砂砾层4-1，然后在上砂砾层4-1的下方设置上滤板5-1，并将上滤板5-1嵌入有机玻璃柱管6中，封闭空间13的下部靠近下盖板7一侧设置下砂砾层4-2，并在下砂砾层4-2上方设置下滤板5-2，下滤板5-2同上滤板5-1一样都嵌入有机玻璃柱管6中，上盖板3以及下盖板7的外缘直径与有机玻璃柱管6的外径相同，进而通过玻璃胶能够将上盖板3以及下盖板与有机玻璃柱管6很好的粘合在一起，形成封闭空间。为了能够将下滤板5-2、上滤板5-1刚好嵌入有机玻璃柱管6中，将上滤板5-1以及下滤板5-2的外缘直径与有机玻璃柱管6的内径设置为相同尺寸。

为了将菌液和营养液流入砂土样品中，在上盖板3设置进液口1，菌液和营养液能够通过进液口1流入砂土样品中，对砂土样品进行固化，为了控制菌液和营养液的流入时间和流入速度，在进液口1设置进液阀门，通过进液阀门的关闭来控制菌液和营养液的流入量。

为了更好地研究菌液和营养液对砂土的固化效果，在下盖板7下方设置排液口8，能够及时将菌液和营养液排出。

由于注入的微生物为好氧型微生物，为了进一步加快微生物的新陈代谢析出更多的矿物结晶，从而提高对软弱砂土的固化固化效果，在上盖板3上设置排气口2，通过进液口1流入的菌液中的微生物能够充分进行新陈代谢，析出更多碳酸钙凝胶结晶，有效改善土体力学性能。

于本具体实施例中，如图2所示，砂土模具12为圆盘形，砂土模具12具有多个用于放置砂土样品的圆孔。

本发明还提供一种砂土加固试验装置的使用方法，其步骤如下：

①选取砂土样品9数量为6个，砂土样品9直径为3.91cm的砂土模具12，将每个砂土样品9外包裹一层针刺土工布10，土工布10外层再包裹一层钢丝网11；

②将包裹好的砂土样品9放入砂土模具12中的圆孔内；

③将下盖板7与有机玻璃柱管6底部粘合在一起，放入下砂砾层4-2，并将下滤板5-2嵌入有机玻璃柱管6内，将放置有包裹好的砂土样品9的砂土模具12放入封闭空间13内，依次放入上滤板5-1和上砂砾层4-1，将上滤板5-1嵌入有机玻璃柱管6内，将上盖板3盖好，并将上盖板3与所述有机玻璃柱管6顶部粘合在一起；

④关闭排液阀门，打开进液阀门，采用注液瓶向进液口1注入巴斯芽孢杆菌菌液、尿素与氯化钙混合溶液，液体注入完毕后，培养48小时后，打开排液口8的排液阀门排出残余液体；

⑤重复④步骤6-7次；

⑥14天后，将上盖板3与有机玻璃柱管6顶部的玻璃胶割开，打开上盖板3，取出上砂砾层4-1和上滤板5-1，并将砂土模具12取出，

⑦取出包裹好的砂土样品9，拆除钢丝网11和土工布10，得到加固后的砂土样品并进行土力学测试。

由此可见，本发明的一种砂土加固试验装置及其使用方法，结构简单、固化样品的均匀性较高、固化效果较好、菌液和营养液的利用率高、成本低，能够解决现有实验装置面临的固化样品均匀性较差、菌液和营养液的利用率较低的问题。

需要说明的是，本发明的一种砂土加固试验装置中的砂土模具并不局限于为圆盘形，可以为任意形状，只要是能够放入砂土试验装置的设备主体的封闭空间即可，砂土模具中用于放置砂土样品的结构并不一定为圆孔，也可以为其它形状，其尺寸只要是能够放入砂土样品即可，有机玻璃柱管的外径也不一定为21cm，只要满足上盖板以及下盖板的外缘直径与有机玻璃柱管的外径相同即可，只要是能够实现玻璃胶将其粘牢，菌液和营养液不会从边缘流出即可。上滤板与下滤板的网格直径也不局限于2-5mm，可以根据砂砾层的粒径大小进行调整，有机玻璃柱管的高度也不局限于16mm，可以根据试验要求自行设定，此外，砂土样品的数量也不一定为6个，砂土样品直径也不一定为3.91cm，均不局限于本发明的设置，均是可以根据试验目的和要求进行适当调整。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种砂土加固试验装置的使用方法，其特征在于：

①选取砂土样品(9)数量为6个，砂土样品(9)直径为3.91cm的砂土模具(12)，将每个砂土样品(9)外包裹一层土工布(10)，土工布(10)外层再包裹一层钢丝网(11)；

②将包裹好的砂土样品(9)放入砂土模具(12)中的圆孔内；

③将下盖板(7)与有机玻璃柱管(6)底部粘合在一起，放入下砂砾层(4-2)，并将下滤板(5-2)嵌入有机玻璃柱管(6)内，将放置有包裹好的砂土样品(9)的砂土模具(12)放入封闭空间(13)内，依次放入上滤板(5-1)和上砂砾层(4-1)，将上滤板(5-1)嵌入有机玻璃柱管(6)内，将上盖板(3)盖好，并将上盖板(3)与所述有机玻璃柱管(6)顶部粘合在一起；

④关闭排液阀门，打开进液阀门，采用注液瓶向进液口(1)注入巴斯芽孢杆菌菌液、尿素与氯化钙混合溶液，液体注入完毕后，培养48小时后，打开排液口(8)的排液阀门排出残余液体；

⑤重复④步骤6-7次；

⑥14天后，将上盖板(3)与有机玻璃柱管(6)顶部的玻璃胶割开，打开上盖板(3)，取出上砂砾层(4-1)和上滤板(5-1)，并将砂土模具(12)取出，

⑦取出包裹好的砂土样品(9)，拆除钢丝网(11)和土工布(10)，得到加固后的砂土样品并进行土力学测试。

2.根据权利要求1所述的砂土加固试验装置的使用方法，其特征在于：所述砂土模具(12)为圆盘形。

3.根据权利要求1所述的砂土加固试验装置的使用方法，其特征在于：所述上盖板(3)以及所述下盖板(7)的外缘直径与所述有机玻璃柱管(6)的外径相同，所述有机玻璃柱管(6)的外径d＝21cm。

4.根据权利要求1所述的砂土加固试验装置的使用方法，其特征在于：所述上滤板(5-1)以及所述下滤板(5-2)的外缘直径与所述有机玻璃柱管(6)的内径相同，所述有机玻璃柱管(6)的内径d＝20cm。

5.根据权利要求4所述的砂土加固试验装置的使用方法，其特征在于：所述上滤板(5-1)与所述下滤板(5-2)的网格直径为2-5mm。

6.根据权利要求1所述的砂土加固试验装置的使用方法，其特征在于：所述有机玻璃柱管(6)的高度为16mm。

7.根据权利要求1所述的砂土加固试验装置的使用方法，其特征在于：所述上盖板(3)、所述有机玻璃柱管(6)和所述下盖板(7)由透明且耐腐蚀有机玻璃制成。

8.根据权利要求1所述的砂土加固试验装置的使用方法，其特征在于：所述土工布(10)为针刺土工布。