CN109708941A - 一种用于微生物固化土体的试验装置及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于微生物固化土体的试验装置及其试验方法，它包括真空泵和冷冻干燥机，所述真空泵通过真空管连接有干燥装置，冷冻干燥机通过管道与干燥装置连接，所述干燥装置包括底板、桶体、内盖和外罩，在底板的中间上方固定连接有圆柱形桶体，桶体的顶端有可向上打开的内盖，在底板的外侧上方为可打开的外罩，在内盖上分别连接有两根软管，软管另一端穿过底板连接有输液装置，在内盖的上方有盘管，盘管的两端穿过底板分别与管道连接，在底板的中间设有通孔，真空管与通孔连通。本发明能够通过真空冷冻干燥技术，使得更多的菌液和胶结液进入细粒土或渗透系数较低的土体，进而使微生物诱导碳酸钙沉淀在细粒土中达到更好的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种试验装置，尤其涉及一种用于微生物固化土体的试验装置及其试验方法，属于微生物岩土技术领域。
背景技术
国家经济处于高速发展时期，建设用地日益紧缺，传统的土壤改良方法通常是添加化学灌浆材料和化学固化剂来加固土壤，即通过钻孔注浆，使土体裂隙，颗粒间隙充填，降低土体渗透性能，起到增强土体强度，改善地基的作用；传统方法中灌浆材料对环境有一定的不利影响。近年来，在生物学、化学、岩土力学多学科的交叉研究中发现，自然界中存在某些特定的微生物，如巴氏芽抱杆菌、黄色粘球菌以及某些反硝化类微生物，利用周围的尿素等有机物以及钙离子源，在微生物自身新陈代谢或酶化作用的过程中诱导生成碳酸钙，这一过程称之为微生物诱导碳酸钙矿化，简称MICP技术。目前该技术仍以室内试验研究为主，且多用于砂土的胶结试验，砂土孔隙相对土体较大，渗透性较好，利于微生物灌浆。反观粉土，粘土等细粒土，其孔隙小，渗透性较差，微生物灌浆效果不理想。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种用于微生物固化土体的试验装置及其试验方法，本发明采用真空冷冻干燥技术，其原理是把含有大量水分的物体，先进行降温将物体中的水分冻结成固态，然后在真空的条件下使固态水升华成气态排出。并且固态水在升华时要吸收热量，因此要给予一定热量，而物体本身原有的结构和状态不会发生变化，原本水的位置则成了孔洞，再进行菌液注入时，菌液则会填充水分原来的孔洞，在不改变物体原有的结构和状态的情况下有效的解决了上述存在的问题。
本发明的技术方案为：一种用于微生物固化土体的试验装置，它包括真空泵和冷冻干燥机，所述真空泵通过真空管连接有干燥装置，冷冻干燥机通过管道与干燥装置连接，所述干燥装置包括底板、桶体、内盖和外罩，在底板的中间上方固定连接有圆柱形桶体，桶体的顶端有可向上打开的内盖，在底板的外侧上方为可打开的外罩，在内盖上分别连接有两根软管，软管另一端穿过底板连接有输液装置，在内盖的上方有盘管，盘管的两端穿过底板分别与管道连接，在底板的中间设有通孔，真空管与通孔连通。
所述输液装置包括底座、伸缩杆和顶杆，底座的上方固定连接有伸缩杆，伸缩杆的顶端固定连接有水平的顶杆，在顶杆的两端挂有对称的两个菌液瓶和胶结液瓶，在菌液瓶和胶结液瓶的底端分别通过菌液阀和胶结液阀与两根软管连通。
所述伸缩杆为内外套管结构，内管位于外管内可自由伸缩状态，在外管上有固定螺栓进行锁紧。
所述真空管上设有真空阀。
所述真空泵的下方设有储液瓶，储液瓶为透明的玻璃材料并设有计量刻度，真空泵通过排放管伸入到储液瓶中。
所述外罩为中空的圆柱形结构，顶端为半球面状结构，玻璃材料，底端通过橡胶密封垫与底板密封连接。
所述底板上设有可检测外罩内部的温度探头，所述温度探头与冷冻干燥机的控制器连接。
所述内盖的侧边连接有对称的两根连杆，所述连杆穿过底板外侧，在连杆的底端部之间固定连接有横杆，连杆与底板之间设有橡胶密封圈密封。
所述桶体的内部放置有试验用的土样，桶体顶端与内盖之间设有橡胶密封垫。
一种用于微生物固化土体的试验装置的试验方法，所述方法步骤为：
一、安放土样：先进行土样的安放，在桶体内套有塑料保鲜膜，将土样放入桶体内，通过横杆将连杆向上推上保持内盖为打开状态，这时控制胶结液、菌液供液的菌液阀和胶结液阀为关闭状态；
二、冷冻干燥机制冷：将外罩盖在底板上，真空冷冻室关闭，开启冷冻干燥机的制冷功能，通过盘管可对真空冷冻室进行制冷，当温度达到-40摄氏度时关闭冷冻干燥机；
三、真空泵抽真空：打开真空阀，开启真空泵，将真空冷冻室抽真空，这时连接真空泵的储液瓶会有水流入，当水停止流入时，记好此时储液瓶内液体的体积刻度，再关闭真空泵并关闭真空阀；
四、菌液和胶结液准备：将配好的菌液放入菌液瓶，配好的胶结液放入胶结液瓶，再通过下拉横杆将内盖拉下并盖在桶体上，再打开真空阀，再进行真空冷冻干燥稳压；
五、注入菌液和胶结液：打开胶结液阀，放出等同储液瓶内液体体积一半的胶结液后再关闭胶结液阀；打开菌液阀，放出等同储液瓶内液体体积一半的菌液后再关闭菌液阀；
六、养护：将真空冷冻室打开，再开启冷冻干燥机的制热功能进行制热，通过盘管可对真空冷冻室进行制热，汉温度显示到微生物生存的适宜温度即可，养护5-10天，使其土样内部进行微生物诱导生成碳酸钙沉淀；
七、可重复步骤一至步骤六的过程，打开真空冷冻室，取出土样即可进行土样无侧限抗压实验结果分析。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，采用本发明的技术方案，本发明采用真空冷冻干燥技术进行微生物固化土体的试验，能够在不改变土样原有的结构和状态的情况下进行土样的微生物固化。而本实验方法则能够在不扰动土体，保持土样原有结构和状态的情况下，较好的将菌液注入，进而对土体进行固化，取得很好的试验效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的局部放大图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将参照本说明书附图对本发明作进一步的详细描述。
实施例1：如附图1-2所示，一种用于微生物固化土体的试验装置，它包括真空泵3和冷冻干燥机5，所述真空泵3通过真空管2连接有干燥装置，冷冻干燥机5通过管道24与干燥装置连接，所述干燥装置包括底板11、桶体7、内盖12和外罩14，在底板11的中间上方固定连接有圆柱形桶体7，桶体7的顶端有可向上打开的内盖12，在底板11的外侧上方为可打开的外罩14，在内盖12上分别连接有两根软管18，软管18另一端穿过底板11连接有输液装置，在内盖12的上方有盘管15，盘管15的两端穿过底板11分别与管道24连接，在底板11的中间设有通孔25，真空管2与通孔25连通。
进一步的，输液装置包括底座19、伸缩杆20和顶杆21，底座19的上方固定连接有伸缩杆20，伸缩杆20的顶端固定连接有水平的顶杆21，在顶杆21的两端挂有对称的两个菌液瓶16和胶结液瓶22，在菌液瓶16和胶结液瓶22的底端分别通过菌液阀17和胶结液阀23与两根软管18连通。
进一步的，伸缩杆20为内外套管结构，内管位于外管内可自由伸缩状态，在外管上有固定螺栓进行锁紧。
进一步的，真空管2上设有真空阀10。
进一步的，真空泵3的下方设有储液瓶1，储液瓶1为透明的玻璃材料并设有计量刻度，真空泵3通过排放管4伸入到储液瓶1中。
进一步的，外罩14为中空的圆柱形结构，顶端为半球面状结构，玻璃材料，底端通过橡胶密封垫与底板11密封连接。
进一步的，底板11上设有可检测外罩14内部的温度探头8，所述温度探头8与冷冻干燥机5的控制器连接。
进一步的，内盖12的侧边连接有对称的两根连杆6，所述连杆6穿过底板11外侧，在连杆6的底端部之间固定连接有横杆9，连杆6与底板11之间设有橡胶密封圈密封。
进一步的，桶体7的内部放置有试验用的土样13，桶体7顶端与内盖12之间设有橡胶密封垫。
一种用于微生物固化土体的试验装置的试验方法，所述方法步骤为：
一、安放土样：先进行土样13的安放，在桶体7内套有塑料保鲜膜，将土样13放入桶体7内，通过横杆9将连杆6向上推上保持内盖12为打开状态，这时控制胶结液、菌液供液的菌液阀17和胶结液阀23为关闭状态；
二、冷冻干燥机制冷：将外罩14盖在底板11上，真空冷冻室关闭，开启冷冻干燥机5的制冷功能，通过盘管15可对真空冷冻室进行制冷，当温度达到-40摄氏度时关闭冷冻干燥机5；
三、真空泵抽真空：打开真空阀10，开启真空泵3，将真空冷冻室抽真空，这时连接真空泵3的储液瓶1会有水流入，当水停止流入时，记好此时储液瓶1内液体的体积刻度，再关闭真空泵3并关闭真空阀10；
四、菌液和胶结液准备：将配好的菌液放入菌液瓶16，配好的胶结液放入胶结液瓶22，再通过下拉横杆9将内盖12拉下并盖在桶体7上，再打开真空阀10，再进行真空冷冻干燥稳压；
五、注入菌液和胶结液：打开胶结液阀23，放出等同储液瓶1内液体体积一半的胶结液后再关闭胶结液阀23；打开菌液阀17，放出等同储液瓶1内液体体积一半的菌液后再关闭菌液阀17；
六、养护：将真空冷冻室打开，再开启冷冻干燥机5的制热功能进行制热，通过盘管15可对真空冷冻室进行制热，汉温度显示到微生物生存的适宜温度即可，养护5-10天，使其土样13内部进行微生物诱导生成碳酸钙沉淀；
七、可重复步骤一至步骤六的过程，打开真空冷冻室，取出土样13即可进行土样无侧限抗压实验结果分析。
本发明采用真空冷冻干燥技术进行微生物固化土体的试验，能够在不改变土样原有的结构和状态的情况下进行土样的微生物固化。而本实验方法则能够在不扰动土体，保持土样原有结构和状态的情况下，较好的将菌液注入，进而对土体进行固化，取得很好的试验效果。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种用于微生物固化土体的试验装置，它包括真空泵（3）和冷冻干燥机（5），其特征在于：所述真空泵（3）通过真空管（2）连接有干燥装置，冷冻干燥机（5）通过管道（24）与干燥装置连接，所述干燥装置包括底板（11）、桶体（7）、内盖（12）和外罩（14），在底板（11）的中间上方固定连接有圆柱形桶体（7），桶体（7）的顶端有可向上打开的内盖（12），在底板（11）的外侧上方为可打开的外罩（14），在内盖（12）上分别连接有两根软管（18），软管（18）另一端穿过底板（11）连接有输液装置，在内盖（12）的上方有盘管（15），盘管（15）的两端穿过底板（11）分别与管道（24）连接，在底板（11）的中间设有通孔（25），真空管（2）与通孔（25）连通。
2.根据权利要求1所述的用于微生物固化土体的试验装置，其特征在于：所述输液装置包括底座（19）、伸缩杆（20）和顶杆（21），底座（19）的上方固定连接有伸缩杆（20），伸缩杆（20）的顶端固定连接有水平的顶杆（21），在顶杆（21）的两端挂有对称的两个菌液瓶（16）和胶结液瓶（22），在菌液瓶（16）和胶结液瓶（22）的底端分别通过菌液阀（17）和胶结液阀（23）与两根软管（18）连通。
3.根据权利要求2所述的用于微生物固化土体的试验装置，其特征在于：所述伸缩杆（20）为内外套管结构，内管位于外管内可自由伸缩状态，在外管上有固定螺栓进行锁紧。
4.根据权利要求1所述的用于微生物固化土体的试验装置，其特征在于：所述真空管（2）上设有真空阀（10）。
5.根据权利要求1所述的用于微生物固化土体的试验装置，其特征在于：所述真空泵（3）的下方设有储液瓶（1），储液瓶（1）为透明的玻璃材料并设有计量刻度，真空泵（3）通过排放管（4）伸入到储液瓶（1）中。
6.根据权利要求1所述的用于微生物固化土体的试验装置，其特征在于：所述外罩（14）为中空的圆柱形结构，顶端为半球面状结构，玻璃材料，底端通过橡胶密封垫与底板（11）密封连接。
7.根据权利要求1所述的用于微生物固化土体的试验装置，其特征在于：所述底板（11）上设有可检测外罩（14）内部的温度探头（8），所述温度探头（8）与冷冻干燥机（5）的控制器连接。
8.根据权利要求1所述的用于微生物固化土体的试验装置，其特征在于：所述内盖（12）的侧边连接有对称的两根连杆（6），所述连杆（6）穿过底板（11）外侧，在连杆（6）的底端部之间固定连接有横杆（9），连杆（6）与底板（11）之间设有橡胶密封圈密封。
9.根据权利要求1所述的用于微生物固化土体的试验装置，其特征在于：所述桶体（7）的内部放置有试验用的土样（13），桶体（7）顶端与内盖（12）之间设有橡胶密封垫。
10.根据权利要求1～9任一项所述的用于微生物固化土体的试验装置的试验方法，其特征在于：所述方法步骤为：
一、安放土样：先进行土样（13）的安放，将土样（13）放入桶体（7）内，通过横杆（9）将连杆（6）向上推上保持内盖（12）为打开状态，这时控制胶结液、菌液供液的菌液阀（17）和胶结液阀（23）为关闭状态；
二、冷冻干燥机制冷：将外罩（14）盖在底板（11）上，真空冷冻室关闭，开启冷冻干燥机（5）的制冷功能，通过盘管（15）可对真空冷冻室进行制冷，当温度达到-40摄氏度时关闭冷冻干燥机（5）；
三、真空泵抽真空：打开真空阀（10），开启真空泵（3），将真空冷冻室抽真空，这时连接真空泵（3）的储液瓶（1）会有水流入，当水停止流入时，记好此时储液瓶（1）内液体的体积刻度，再关闭真空泵（3）并关闭真空阀（10）；
四、菌液和胶结液准备：将配好的菌液放入菌液瓶（16），配好的胶结液放入胶结液瓶（22），再通过下拉横杆（9）将内盖（12）拉下并盖在桶体（7）上，再打开真空阀（10），再进行真空冷冻干燥稳压；
五、注入菌液和胶结液：打开胶结液阀（23），放出等同储液瓶（1）内液体体积一半的胶结液后再关闭胶结液阀（23）；打开菌液阀（17），放出等同储液瓶（1）内液体体积一半的菌液后再关闭菌液阀（17）；
六、养护：将真空冷冻室打开，再开启冷冻干燥机（5）的制热功能进行制热，通过盘管（15）可对真空冷冻室进行制热，当温度显示到微生物生存的适宜温度即可，养护5-10天，使其土样（13）内部进行微生物诱导生成碳酸钙沉淀；
七、可重复步骤一至步骤六的过程，打开真空冷冻室，取出土样（13）即可进行土样无侧限抗压实验分析。
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