CN110160851B - 一种基于微生物灌浆制备粉土土体试样的模具及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于微生物灌浆制备粉土土体试样的模具，包括可拆卸连接的两个模板；每个模板包括底板、内弧形板和外弧形板，内弧形板的侧壁上开设有多个第一圆孔，底板上开设有多个第二圆孔，内弧形板的内表面设置有钢丝滤网；底板上方位于内弧形板围成的空间内设置有过滤单元。本发明还提供了一种基于微生物灌浆制备粉土土体试样的方法，包括以下步骤：选模具；培养微生物；测量脲酶活性；土体放入模具；沿周边灌注微生物菌液和营养液。本发明可应用于渗透系数较小的粉土，微生物菌液通过多个第一圆孔作为灌浆通道实现多维多点灌入至土体内部，在不扰动土体的情况下，能有效解决灌浆均匀性，保证灌浆效果，提高效率。
Description
技术领域
本发明涉及生物制样领域，具体涉及一种基于微生物灌浆制备粉土土体试样的模具及方法。
背景技术
研究表明，微生物诱导碳酸钙沉积胶结松散土体是一种绿色、环保的固土新方法，其主要机理是通过微生物灌浆固化土体，然而，土体的渗透性质对于土体固化的效果有着比较大的影响，对于孔隙较大的粗粒土，处理的过程较为简单便捷而且固化效果较好，对于孔隙较小的细粒土来说，处理过程往往较为困难，处理的效果也较差；就现有的研究成果来看，微生物固化法的研究对象主要集中于纯净的砂土，处理方法已经较为成熟且处理效果较好，然而粉砂土、粉土等细粒土的固化一直是室内试验研究中有待进一步突破的难点。
目前，关于粉土的室内试验研究重点是如何处理试样才能使得微生物比较均匀地分布在土体试样内部，主要为无压力渗流，该方法虽然简单、易操作，但对于渗透性不好的细粒土来说注浆周期长，并且效果不明显；有压力渗流，虽然减少对土体的扰动，但实际操作存在难度，成本较高；且过程中需预搅拌对土体扰动大，影响实验结果。
发明内容
本发明为解决如何处理粉土土体试样才能使得微生物比较均匀地分布在土体试样内部的难题，提出了一种能够实现多维多点高效率的基于微生物灌浆制备土体试样的模具及方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种基于微生物灌浆制备粉土土体试样的模具，包括制备单元和锁紧单元，所述制备单元包括对称设置且结构相同的两个模板，两个所述模板通过锁紧单元可拆卸连接；每个模板包括底板和设置在底板上方的两层弧形板，两层所述弧形板包括同心设置的内弧形板和外弧形板，所述内弧形板的侧壁上开设有多个第一圆孔，所述底板上开设有多个第二圆孔，内弧形板的内表面设置有钢丝滤网；所述底板上方位于内弧形板围成的空间内设置有过滤单元。
进一步地，多个所述第一圆孔是按照梅花桩布置排列在内弧形板的侧壁上，多个所述第二圆孔呈同心圆形成多圈分布在底板上，第一圆孔贯穿内弧形板，第二圆孔贯穿底板。
进一步地，所述外弧形板的两端分别沿其径向延伸形成有延伸部，每个模板的两个所述延伸部对应开设有通孔。
进一步地，所述锁紧单元为螺栓，所述螺栓的头部穿过延伸部上的通孔并连接有螺母。
进一步地，所述过滤单元包括滤纸层，所述滤纸层和底板之间填充有透水石。
基于微生物灌浆制备粉土土体试样的方法，包括以下步骤：
a选取预先制作的模具，通过锁紧单元将两个模板连接成模；
b培养可产生脲酶的微生物；
c测量步骤b中微生物的脲酶活性，优选微生物；
d将土体放入模具中内弧形板围成的空腔内；
e向模具内弧形板和外弧形板围成的空腔灌注微生物菌液和营养液，步骤a中模具的多个第一圆孔作为灌浆通道，从土体试样侧面实现多维多点高效率灌浆制备土体试样；
f待灌浆完成，静置24h后松开螺栓，脱模取出土样。
进一步地，所述步骤e中灌注微生物菌液和营养液时，需预先根据土体的孔隙率算出微生物菌液的用量，并按照微生物菌液与营养液的用量比1:1得到混合液进行灌浆。
通过上述技术方案，本发明的有益效果为：
本发明可应用于渗透系数较小的粉土，微生物菌液通过多个第一圆孔作为灌浆通道实现多维多点灌入至土体内部，在不扰动土体的情况下，能有效解决灌浆均匀性，保证灌浆效果，提高效率；
本发明中模具内弧形板的内表面设置一层钢丝滤网，当土体试样固结后开模时，钢丝滤网与模板脱离并可紧紧裹覆在土体试样外围，有效避免土体试样开模后破碎或断裂，以便进行下一步土样强度试验或其它需求。
附图说明
图1是本发明实施例中模板的示意图。
图2是本发明实施例中两个模板连接状态的示意图。
图3是本发明实施例中图2的俯视图。
图4是本发明实施例中模具成模后的使用状态示意图。
附图中标号为：1为模板，101为底板，102为内弧形板，103为外弧形板，104为第一圆孔，105为第二圆孔，106为延伸部，107为通孔，2为锁紧单元，3为钢丝滤网，4为滤纸层，5为透水石。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：
如图1～图4所示，一种基于微生物灌浆制备粉土土体试样的模具，包括制备单元和锁紧单元2，所述制备单元包括对称设置且结构相同的两个模板1，两个所述模板1通过锁紧单元2可拆卸连接；每个模板1包括底板101和设置在底板101上方的两层弧形板，两层所述弧形板包括同心设置的内弧形板102和外弧形板103，所述内弧形板102的侧壁上开设有多个第一圆孔104，所述底板101上开设有多个第二圆孔105，内弧形板102的内表面设置有钢丝滤网3，当土体试样固结后，钢丝滤网3可紧紧裹覆在土体试样外围，开模时有效避免土体试样破碎或断裂，底板101上方位于内弧形板102围成的空间内设置有过滤单元；同时，所述外弧形板103的两端分别沿其径向延伸形成有延伸部106，每个模板1的两个所述延伸部106对应开设有通孔107。
具体地，所述过滤单元包括滤纸层4，所述滤纸层4和底板101之间填充有透水石5，土体试样产生固结会将试样里面的水排出一部分，通过滤纸层4和透水石5可将该部分因固结而产生的水通过渗透作用排出，同时避免试样堵塞第二圆孔105影响实验效果；锁紧单元2为螺栓，所述螺栓的头部穿过延伸部106上的通孔107并连接有螺母，成模、脱模易操作。
本实施例中，多个第一圆孔104是按照梅花桩布置排列在内弧形板（102）的侧壁上，多个所述第二圆孔105呈同心圆形成多圈分布在底板101上，第一圆孔104贯穿内弧形板102，第二圆孔105贯穿底板101；土体注入模具后，可沿周边向模具内弧形板102和外弧形板103围成的空腔灌注微生物，多个第一圆孔104作为灌浆通道，从土体试样侧面及其底面实现多维多点高效率灌浆制备土体试样。
基于微生物灌浆制备粉土土体试样的方法，包括以下步骤：
a选取预先制作的模具，通过锁紧单元2将两个模板1连接成模；
b培养可产生脲酶的微生物，所用微生物为巴氏生孢八叠球菌（Sporosarcina pasteurii），购自中国普通微生物菌种保藏管理中心（CGMCC）；
c测量步骤b中微生物的脲酶活性利用测量微生物的电导率以表示，要求酶活性不低于2mmol/min的微生物；
d将土体放入模具中内弧形板102围成的空腔内；
e向模具内弧形板102和外弧形板103围成的空腔灌注微生物菌液（OD600>0.8）和营养液，具体地，营养液为尿素溶液和氯化钙溶液的混合液，营养液中尿素和氯化钙的浓度均为1mol/L；步骤a中模具的多个第一圆孔104作为灌浆通道，从土体试样侧面实现多维多点高效率灌浆制备土体试样；
f待灌浆完成，静置24h后松开螺栓，脱模取出土样。
本发明中，步骤e中灌注微生物菌液和营养液时，需预先根据土体的孔隙率算出微生物菌液的用量，鉴于微生物菌液在600nm波长处的吸光值超过0.8，需按照微生物菌液与营养液的用量比1:1稀释后得到混合液进行灌浆；需要特别说明的是，灌浆时需预先通过橡皮塞堵塞第二圆孔105，待浆液注满后静置一段时间旋下橡皮塞，多个第二圆孔105作为排水通道进行排水，然后堵塞第二圆孔105再进行下一次灌浆，如此循环多次以保证灌浆效果。
以上之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。
Claims (5)
1.一种基于微生物灌浆制备粉土土体试样的模具，其特征在于，包括制备单元和锁紧单元（2），所述制备单元包括对称设置且结构相同的两个模板（1），两个所述模板（1）通过锁紧单元（2）可拆卸连接；每个模板（1）包括底板（101）和设置在底板（101）上方的两层弧形板，两层所述弧形板包括同心设置的内弧形板（102）和外弧形板（103），所述内弧形板（102）的侧壁上开设有多个第一圆孔（104），所述底板（101）上开设有多个第二圆孔（105），内弧形板（102）的内表面设置有钢丝滤网（3）；所述底板（101）上方位于内弧形板（102）围成的空间内设置有过滤单元；
多个所述第一圆孔（104）是按照梅花桩布置排列在内弧形板（102）的侧壁上，多个所述第二圆孔（105）呈同心圆形成多圈分布在底板（101）上，第一圆孔（104）贯穿内弧形板（102），第二圆孔（105）贯穿底板（101）；
所述外弧形板（103）的两端分别沿其径向延伸形成有延伸部（106），每个模板（1）的两个所述延伸部（106）对应开设有通孔（107）。
2.根据权利要求1所述的一种基于微生物灌浆制备粉土土体试样的模具，其特征在于，所述锁紧单元（2）为螺栓，所述螺栓的头部穿过延伸部（106）上的通孔（107）并连接有螺母。
3.根据权利要求1所述的一种基于微生物灌浆制备粉土土体试样的模具，其特征在于，所述过滤单元包括滤纸层（4），所述滤纸层（4）和底板（101）之间填充有透水石（5）。
4.根据权利要求1~3任一所述的模具制备粉土土体试样的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a选取预先制作的模具，通过锁紧单元（2）将两个模板（1）连接成模；
b培养可产生脲酶的微生物；
c测量步骤b中微生物的脲酶活性；
d将土体放入模具中内弧形板（102）围成的空腔内；
e向模具内弧形板（102）和外弧形板（103）围成的空腔灌注微生物菌液和营养液，步骤a中模具的多个第一圆孔（104）作为灌浆通道，从土体试样侧面实现多维多点高效率灌浆制备土体试样；
f待灌浆完成，静置24h后松开螺栓，脱模取出土样。
5.根据权利要求4所述的模具制备粉土土体试样的方法，其特征在于，所述步骤e中灌注微生物菌液和营养液时，需预先根据土体的孔隙率算出微生物菌液的用量，并按照微生物菌液与营养液的用量比1:1得到混合液进行灌浆。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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