CN109629570A - 一种微生物分步灌浆加固砂土的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种微生物分步灌浆加固砂土的装置及方法，所述装置包括第一密封塞、第一玻璃圆筒、第二密封塞、第三密封塞、第二玻璃圆筒、第四密封塞、烧杯、台架。所述第一玻璃圆筒上、下端分别放入第一密封塞、第二密封塞，所述第一玻璃圆筒通过第一固定夹固定在台架上方。所述第二密封塞设有多个钻孔，每个钻孔穿有第二毛线管。所述第二玻璃圆筒上、下端分别放入第三密封塞、第四密封塞。多个第二毛线管由上至下依次贯穿第二密封塞、第三密封塞、第二玻璃圆筒，多个第二毛线管露出第二密封塞上端面。本发明改变试验装置，更好地解决CaCO3沉淀封堵渗流通道的问题，以期取得更好的灌浆加固效果。本发明操作方法简单，发明装置简单易制作。
Description
技术领域
本发明一种微生物分步灌浆加固砂土的装置及方法，涉及微生物灌浆加固（MICP）领域。
背景技术
土壤中的微生物活动可以改变土体的物理性能，可以通过控制、强化和利用这些活动来解决岩土工程问题，微生物诱导碳酸钙沉淀MICP（microbial induced calciteprecipitatiaon)是岩土工程领域新兴的具有较高应用前景的技术。该技术运用在：大坝的防渗，公路裂缝的治理，文物和混凝土裂缝的修复，尾矿和垃圾的处理，沙漠的固化等多领域。该技术的原理为：微生物可以在多孔介质中生长、运移和繁殖。在灌浆过程中，微生物细胞表面吸附Ca2+，通过自身新陈代谢产生脲酶，将尿素水解生成NH4+和CO3 2-，以细菌自身为核产生具有胶凝性质的CaCO3结晶将砂土固结。从而改变砂土的强度、刚度、渗透性等。
目前，MICP技术的室内研究已经获得了一定的成果，但许多学者发现：微生物固化CaCO3结晶分布的均匀性严重影响砂土的固化效果。砂土试样上部反应产生的CaCO3沉淀会形成一层硬壳，封堵渗流通道，导致砂土试样中部和下部的灌浆加固的效果较差。采用较多的灌浆方法有：分步灌浆法、间隙灌浆法、反向灌浆法、低速灌注低浓度胶结液法、低压灌浆法、浸泡全接触柔性法等。这些灌浆方法通过控制灌浆溶液的配比和灌浆顺序来解决上述问题，但效果均不太理想。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种微生物分步灌浆加固砂土的装置及方法，在上述灌浆方法的基础上，改变试验装置，更好地解决CaCO3沉淀封堵渗流通道的问题，以期取得更好的灌浆加固效果。本发明操作方法简单，发明装置简单易制作。
本发明采取的技术方案为：
一种微生物分步灌浆加固砂土的装置，包括第一密封塞、第一玻璃圆筒、第二密封塞、第三密封塞、第二玻璃圆筒、第四密封塞、烧杯、台架。
所述第一玻璃圆筒上、下端分别放入第一密封塞、第二密封塞，所述第一玻璃圆筒通过第一固定夹固定在台架上方；
所述第一密封塞插入有第一毛线管；
所述第二密封塞设有多个钻孔，每个钻孔穿有第二毛线管；
所述第二玻璃圆筒上、下端分别放入第三密封塞、第四密封塞，所述第二玻璃圆筒通过第二固定夹固定在台架下方；
所述第三密封塞设有第一排液管，所述第四密封塞设有第二排液管，烧杯搁置于台架底座上，烧杯位于第二排液管下方；
多个第二毛线管由上至下依次贯穿第二密封塞、第三密封塞、第二玻璃圆筒，多个第二毛线管露出第二密封塞上端面。
所述第一密封塞为橡胶塞，由上下两个圆柱组成，两圆柱中心插入一根不锈钢材质的第一毛线管，第一毛线管中插入蠕动泵的胶头滴管。
所述第二密封塞为橡胶塞，由上下两个圆柱组成。
所述第三密封塞为橡胶塞，由上下两个圆柱组成，下圆柱塞入第二玻璃圆筒。
所述第四密封塞为橡胶塞，由上下两个圆柱组成，上圆柱塞入第二玻璃圆筒。
所述第二排液管包括第三毛线管，第三毛线管插入第四密封塞下圆柱圆心并露出第四密封塞下顶面，在露出的第三毛线管上固定有橡胶管，橡胶管上设置止水夹。
本发明一种微生物分步灌浆加固砂土的装置及方法，技术效果如下：
1、本发明装置为全密闭系统，可进行分步灌浆，解决因试样上部溶液反应产生CaCO3结晶封堵渗流通道的影响。
2、本发明装置的灌浆溶液由第一玻璃圆筒通过不锈钢毛细管进入第二玻璃圆筒之前需先达到2mm的液面高度，浸没13根不锈钢毛细管，保证全截面均匀灌浆。
3、本发明装置能全截面控制灌浆流速，灌浆溶液浸没不锈钢毛细管速度越快，流速越快。
4、本发明装置的固定夹在铁架台上可上下移动，由此控制不锈钢毛细管进入第二玻璃圆筒砂样的深度，对砂样进行分步灌浆，以取得较好的灌浆效果。
5、本发明装置的第二密封塞下部第二排液管设置的止水夹，能控制灌浆溶液在圆筒中的反应时间，且能收集废液，较环保。
附图说明
图1为本发明的第一密封塞结构示意图。
图2为本发明的第二密封塞结构示意图。
图3为本发明的第三密封塞结构示意图。
图4为本发明的第四密封塞结构示意图。
图5为本发明的固定夹结构示意图。
图6为本发明的第一组合筒体模块结构示意图。
图7为本发明的第二组合筒体模块结构示意图。
图8为本发明的装置结构示意图。
具体实施方式
如图1～8所示，一种微生物分步灌浆加固砂土的装置，包括第一密封塞1、第一玻璃圆筒3、第二密封塞4、第三密封塞6、第二玻璃圆筒7、第四密封塞8、烧杯9、台架10、第二毛线管11。本发明装置的第二毛线管11进入第二玻璃圆筒7中砂样的深度可调，固定夹在台架10上的位置可调，整个装置要求完全密封，以便后续试验均匀压力灌浆。
所述第一玻璃圆筒3上、下端分别放入第一密封塞1、第二密封塞4，所述第一玻璃圆筒3通过第一固定夹2固定在台架10上方；
所述第一密封塞1插入有第一毛线管5；
所述第二密封塞4设有多个钻孔，每个钻孔穿有第二毛线管11；
所述第二玻璃圆筒7上、下端分别放入第三密封塞6、第四密封塞8，所述第二玻璃圆筒7通过第二固定夹12固定在台架10下方；
所述第三密封塞6设有第一排液管13，所述第四密封塞8设有第二排液管14，烧杯9搁置于台架10底座上，烧杯9位于第二排液管14下方；
多个第二毛线管11 由上至下依次贯穿第二密封塞4、第三密封塞6、第二玻璃圆筒7，多个第二毛线管11露出第二密封塞4上端面。
所述第一密封塞1为橡胶塞，由上下两个圆柱组成，上圆柱直径60mm，高10mm，下圆柱直径49mm，高15mm。两圆柱中心插入一根不锈钢材质的第一毛线管5，第一毛线管5中插入蠕动泵的胶头滴管。
所述第一固定夹2由两片不锈钢片15组成，钢片厚5mm，由螺杆16连接，螺杆16型号为M4*10。
所述第一玻璃圆筒3的材料为石英玻璃，内直径50mm，壁厚3mm，高55mm。
所述第二密封塞4为橡胶塞，由上下两个圆柱组成，上圆柱直径49mm，高20mm，下圆柱直径60mm，高10mm。第二密封塞4与13根不锈钢毛细管通过钻孔连接.
第二密封塞4与13根第二毛线管11钻孔定点的方法为：以橡胶塞圆点为圆心，分别画直径为40mm，25mm的同心圆，在圆上每60度定一点，加圆心共计13个第二毛线管11的钻孔点。
第二毛线管11总长117mm，贯穿第二密封塞4、第三密封塞6、第二玻璃圆筒7。出露第二密封塞4上圆柱顶面2mm。第二毛线管11在第二密封塞4与第三密封塞6之间的长度在20mm-60mm范围内可调，在第二玻璃圆筒7的砂样中的深度在0mm-40mm范围内可调。
所述第三密封塞6为橡胶塞，由上下两个圆柱组成，上圆柱直径60mm，高10mm，下圆柱直径49mm，高20mm，下圆柱塞入第二玻璃圆筒7。
所述第二玻璃圆筒7的材料为石英玻璃，壁厚3mm，高90mm，装入砂样的高度为50mm。
所述第四密封塞8为橡胶塞，由上下两个圆柱组成，上圆柱直径49mm，高20mm，上圆柱塞入第二玻璃圆筒7。下圆柱直径60mm，高10mm。在橡胶塞圆心处插入一根内直径2mm,外直径4mm的不锈钢毛细管。插入橡胶塞的深度为30mm，出露橡胶塞下顶面25mm。在出露的第三毛线管上固定一段长为100mm的橡胶管，橡胶管长设置止水夹。第三毛线管、橡胶管、止水夹构成第二排液管14。
所述烧杯9为普通实验室所用烧杯，用于收集废液。
所述台架10由底座矩形平台和铁杆组成。矩形平台材料为铁，长15mm，宽15mm，高6mm。铁杆长250mm，直径8mm，焊接在矩形平台上。
微生物均匀灌浆加固砂土的原理为：
（1）：利用橡胶塞的弹性，不锈钢毛细管与第一密封塞1、第二密封塞4、第三密封塞6、第四密封塞8紧密挤压，形成第一玻璃圆筒3和第二玻璃圆筒7的密闭环境。
（2）：利用橡胶塞的弹性，第二毛线管11进入第二玻璃圆筒7的砂样的深度可调节，在固定一个深度的情况下进行一定次数的压力灌浆。然后依次减小深度，进行分步循环灌浆。
（3）第二毛线管11露出第二密封塞4上顶面圆2mm，液体由玻璃圆筒通过不锈钢毛细管进入第二密封塞4之前需先达到2mm的液面高度，浸没13根不锈钢毛细管，保证全截面均匀灌浆。
（4）当不锈钢毛细管插入圆筒深度大于三分之二的圆筒高时，关闭第二排液管14，打开第一排液管13，当不锈钢毛细管插入圆筒深度小于三分之二的圆筒高时，关闭第一排液管13，打开第二排液管14，使微生物反应液在圆筒中充分反应。
（5）第一固定夹2、第二固定夹12可在台架10的铁杆上自由移动，随着不锈钢毛细管进入第二玻璃圆筒7的砂样的深度进行相应调整。
操作步骤如下：
S1、按规定尺寸制作第一密封塞1，在圆心处与不锈钢滴管钻孔连接，如图1所示。
S2、按规定尺寸制作第二密封塞4，然后以橡胶塞圆点为圆心，分别画直径为40mm，25mm的同心圆，在圆上每60度定一点，加圆心共计13个不锈钢毛细管钻孔点钻孔，在橡胶塞外缘钻1个排液孔，暂不插入不锈钢毛细管。
S3、按规定尺寸制作第三密封塞6，钻孔方法同第二密封塞4，暂不插入不锈钢毛细管。
S4、按规定尺寸制作第四密封塞8，在圆心处与不锈钢毛细管钻孔连接，出露的不锈钢毛细管套上橡胶管和止水夹。
S5、按规定尺寸制作台架10和第一、二固定夹，并将固定第二玻璃圆筒7的第二固定夹固定在台架10上。
S6、将第一密封塞1、第一玻璃圆筒3、第二密封塞4、13根长117mm的不锈钢毛细管组装，得第一组合筒体模块，如图6所示。
S7、将第三密封塞6和第四密封塞8、橡胶管和止水夹组装好塞入第二玻璃圆筒7，为方便试验结束后取样，在第二玻璃圆筒7内壁涂一层凡士林后贴上一层厚0.5mm的PET膜。垫两层滤纸后装入砂样50mm，塞入第三密封塞6，得第二组合筒体模块，如图7所示。
S8、最后将步骤6和步骤7两组组合筒体模块，按图8所示组装好。
S9、13根不锈钢毛细管最开始深入第二玻璃圆筒7砂样的深度为40mm，灌浆4次后，从第三密封塞6拨出10mm，再进行灌浆。依次3循环，关闭第一排液管13，打开第二排液管14。最后一次循环灌浆关闭第二排液管14，打开第一排液管13。
S10、每次灌浆两止水夹关闭，待砂样中灌浆溶液充分反应后按规定顺序打开，用烧杯9收集废液。
Claims (7)
1.一种微生物分步灌浆加固砂土的装置，包括第一密封塞（1）、第一玻璃圆筒（3）、第二密封塞（4）、第三密封塞（6）、第二玻璃圆筒（7）、第四密封塞（8）、烧杯（9）、台架（10）；其特征在于：
所述第一玻璃圆筒（3）上、下端分别放入第一密封塞（1）、第二密封塞（4），所述第一玻璃圆筒（3）通过第一固定夹（2）固定在台架（10）上方；
所述第一密封塞（1）插入有第一毛线管（5）；
所述第二密封塞（4）设有多个钻孔，每个钻孔穿有第二毛线管（11）；
所述第二玻璃圆筒（7）上、下端分别放入第三密封塞（6）、第四密封塞（8），所述第二玻璃圆筒（7）通过第二固定夹（12）固定在台架（10）下方；
所述第三密封塞（6）设有第一排液管（13），所述第四密封塞（8）设有第二排液管（14），烧杯（9）搁置于台架（10）底座上，烧杯（9）位于第二排液管（14）下方；
多个第二毛线管（11） 由上至下依次贯穿第二密封塞（4）、第三密封塞（6）、第二玻璃圆筒（7），多个第二毛线管（11）露出第二密封塞（4）上端面。
2.根据权利要求1所述一种微生物分步灌浆加固砂土的装置，其特征在于：所述第一密封塞（1）为橡胶塞，由上下两个圆柱组成，两圆柱中心插入一根不锈钢材质的第一毛线管（5），第一毛线管（5）中插入蠕动泵的胶头滴管。
3.根据权利要求1所述一种微生物分步灌浆加固砂土的装置，其特征在于：所述第二密封塞（4）为橡胶塞，由上下两个圆柱组成。
4.根据权利要求1所述一种微生物分步灌浆加固砂土的装置，其特征在于：所述第三密封塞（6）为橡胶塞，由上下两个圆柱组成，下圆柱塞入第二玻璃圆筒（7）。
5.根据权利要求1所述一种微生物分步灌浆加固砂土的装置，其特征在于：所述第四密封塞（8）为橡胶塞，由上下两个圆柱组成，上圆柱塞入第二玻璃圆筒（7）。
6.根据权利要求1所述一种微生物分步灌浆加固砂土的装置，其特征在于：所述第二排液管（14）包括第三毛线管，第三毛线管插入第四密封塞（8）下圆柱圆心并露出第四密封塞（8）下顶面，在露出的第三毛线管上固定有橡胶管，橡胶管上设置止水夹。
7.采用如权利要求1-6任意一种装置的微生物分步灌浆加固砂土的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：将第一密封塞（1）、第一玻璃圆筒（3）、第二密封塞（4）、多根第二毛线管（11）组装，得第一组合筒体模块；
步骤2：将第三密封塞（6）和第四密封塞（8）、橡胶管和止水夹组装好，塞入第二玻璃圆筒（7），在第二玻璃圆筒（7）内壁涂一层凡士林后贴上一层PET膜，垫两层滤纸后装入砂样，塞入第三密封塞（6），得到第二组合筒体模块；
步骤3：将步骤1和步骤2两组组合筒体模块安装在台架（10）上；
步骤4：多根第二毛线管（11）最开始深入第二玻璃圆筒（7）中砂样的深度为40mm，灌浆4次后，从第三密封塞（6）拨出10mm，再进行灌浆；依次3循环，关闭第一排液管（13），打开第二排液管（14）；最后一次循环灌浆关闭第二排液管（14），打开第一排液管（13）；
步骤5：每次灌浆两排液管关闭，待砂样中灌浆溶液充分反应后，按规定顺序打开，用烧杯（9）收集废液。
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2019
- 2019-01-15 CN CN201910036509.4A patent/CN109629570A/zh active Pending
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