CN111624072A - 微生物灌浆加固圆柱试样的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微生物灌浆加固圆柱试样的试验装置，置土管采用两瓣对开不锈钢管壁拼接而成的中空管，置土管外螺纹旋合安装有两个不锈钢圆环，在置土管的侧壁上设置有至少三个螺杆形成管内底部支撑结构，并在其上依次铺设有底网、土工布和透气排水防漏土垫网，置土管内填土并在土样表面铺设有土工布，置土管横向置入其中一个“U”形缺槽内，并通过两个不锈钢圆环分别搁置在对应层的隔板上方实现悬挂安装；支撑柱上相向开设有平行滑槽，渗滤液收集容器的两侧带有水平挂耳，横向插入对应侧的平行滑槽内实现挂接，用于接所有置土管的渗滤液。制样拆模简便高效，占用空间小，试样固化效果好，便于浆液排出。

Description

微生物灌浆加固圆柱试样的试验装置

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种用于制备可进行单轴压缩试验的微生物胶结体的灌浆加固圆柱试样的试验装置。

背景技术

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术可以将松散土体胶结为具有一定强度的结石体，因其对环境友好、反应机制及反应物简单、过程可控，在不良土体加固中具有广阔的应用前景。MICP固化土体试验通常采用灌浆方式，即将菌液、胶结液依次且循环地灌入土体，以诱导碳酸钙在土颗粒间沉淀并持续生长，生成的碳酸钙除了可以填充土体孔隙，在大体积碳酸钙晶体与两个或多个土颗粒相胶结的前提下还能够承担“桥梁”的作用，将松散的矿物连接在一起，使其成为一个整体，可以大大提高试样的完整性并有效改善土体的力学性能。

MICP灌浆结石体中颗粒间的联结方式，相当于岩石中胶结物质为钙质的胶结联结，所以微生物灌浆结石体的单轴抗压强度测定方法及模具设计可以参考岩石的单轴压缩试验，试件尺寸可以制备为φ50mm×100mm的圆柱体。

但目前MICP灌浆试验常用的试验装置，主要存在的问题是：(1)置土管自身的装拆麻烦，使得土样的装入、试样的取出不便；(2)用于支撑置土管的刚性架结构复杂，制造成本高，不便于置土管放入和取出，且置土管固定效果不理想，制样操作不便捷、效率较低；(3)一个置土管配备一个刚性架，占用空间大；(4)灌浆模具底部通过橡胶塞堵塞加引流管引流，透水透气性差；或者采用收口式的排浆口，排浆口小，易引起碳酸钙堵塞。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种制样拆模简便高效，占用空间小，试样固化效果好，便于浆液排出的微生物灌浆加固的试验装置，用于制备圆柱体灌浆试样。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种微生物灌浆加固圆柱试样的试验装置，包括置土管、刚性支撑架、储浆容器、蠕动泵、输浆管，所述置土管采用两瓣对开不锈钢管壁拼接而成的中空管，并在拼接处采用凸榫凹槽结构；

所述置土管的上端、下部外壁上分别通过螺纹旋合安装有一个不锈钢圆环，在置土管的下端侧壁上设置有至少三个呈周向布置的螺杆，所有螺杆的杆部伸入置土管内形成管内底部支撑结构，所述管内底部支撑结构上依次铺设有底网、土工布和透气排水防漏土垫网，所述置土管内填土并在土样表面铺设有土工布；

所述刚性支撑架采用不锈钢制成，包括支撑柱和上下两层隔板，每层隔板上开设置有若干个“U”形缺槽，所述置土管横向置入其中一个“U”形缺槽内，并通过两个不锈钢圆环分别搁置在对应层的隔板上方实现悬挂安装，所述刚性支撑架上悬挂安装有若干个置土管；

所述支撑柱上相向开设有平行滑槽，渗滤液收集容器的两侧带有水平挂耳，水平挂耳横向插入对应侧的平行滑槽内实现挂接，用于接所有置土管的渗滤液；

泡沫板铺设在所有置土管的顶部，所述泡沫板上开设有与置土管一一对应的过孔，所述输浆管的末端分成若干支管，支管插入泡沫板上对应的过孔内，储浆容器的浆液能在蠕动泵的作用下通过输浆管送入置土管内。

作为上述方案的优选，每层隔板的前后两侧各设置有3个“U”形缺槽，且6个“U”形缺槽呈矩阵布置，能一次进行6个圆柱试样的灌浆。

进一步优选为，所述支撑柱共四个，成矩阵布置，左侧的两个支撑柱上的平行滑槽的方向一致，右侧的两个支撑柱上的平行滑槽的方向一致，渗滤液收集容器能前后抽拉进行装取。结构简单、使用操作方便。

进一步优选为，所述不锈钢圆环的外侧开有四个呈圆周均布的旋转缺口，方便手动旋转时施力。

进一步优选为，所述置土管的两瓣不锈钢管壁，第一瓣的凸榫插入第二瓣的凹槽内，第二瓣的凸榫插入第一瓣的凹槽内实现拼接，且凸榫、凹槽的横截面对应，均为矩形。

进一步优选为，所述螺杆共四个，在置土管的下端侧壁上呈周向均布，所有螺杆的杆头抵紧在一起。

进一步优选为，所述置土管上两个不锈钢圆环的旋向相反。

本发明的有益效果：

(1)置土管采用两瓣对开不锈钢管壁拼接而成的中空管，并在拼接处采用凸榫凹槽结构，再结合上端、下部外壁上通过螺纹旋合安装的不锈钢圆环进行固定密封，自身的装拆简单方便，土样的装入、试样的取出也很方便；

(2)采用不锈钢制成的带上下两层隔板的刚性支撑架，并在每层隔板上开设置若干个“U”形缺槽，借用不锈钢圆环搁置在对应层的隔板上方实现悬挂安装，刚性架结构简单，制造成本低，置土管放入和取出非常方便，可以使置土管稳定并保持管体垂直，避免了因管体倾斜引起的浆液分布不均问题，制备出的灌浆试样固化效果更好；

(3)一个刚性支撑架能悬挂安装若干个置土管，占用空间小，试样制备效率高；

(4)置土管底部采用管内底部支撑结构+底网+土工布+透气排水防漏土垫网进行了防漏处理，可以满足浆液顺利排出的同时土颗粒不漏出的要求；

(5)置土管填土完毕后，再在土样表面铺设一层土工布，可以使土体表面的浆液均匀分散，避免浆液泵至土体表面时集中于一个部位，有效避免土样表面碳酸钙堵塞；

(6)在所有置土管1的下方设置挂接的渗滤液收集容器，渗滤液收集容器通过两侧的水平挂耳插入对应侧的平行滑槽内，能前后抽拉进行装取，渗滤液收集完毕后，容器可以“抽屉”抽出形式取出，以进行渗滤液处理，非常方便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为置土管在刚性支撑架上的安装示意图。

图3为图2的俯视图。

图4为图2的A部放大图。

图5为图2的B部放大图。

图6为置土管、不锈钢圆环、螺杆的组合示意图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：

结合图1—图6所示，一种微生物灌浆加固圆柱试样的试验装置，主要由置土管1、刚性支撑架2、不锈钢圆环3、螺杆4、底网5、土工布6、透气排水防漏土垫网7、储浆容器8、蠕动泵9、输浆管10、渗滤液收集容器11、泡沫板12组成。

置土管1采用两瓣对开不锈钢管壁拼接而成的中空管，并在拼接处采用凸榫凹槽结构。优选为，置土管1的两瓣不锈钢管壁，第一瓣的凸榫插入第二瓣的凹槽内，第二瓣的凸榫插入第一瓣的凹槽内实现拼接，且凸榫、凹槽的横截面对应，均为矩形。采用每个瓣管上设置一个凸榫和一个凹槽，那个两个瓣管的结构完全相同，相比在一个瓣管上设置两个凸榫，在另一个瓣管上设置两个凹槽的结构，相同件的制造成本更低；凸榫、凹槽采用矩形截面，更容易加工，拼接后密封性更好。

置土管1的上端、下部外壁上分别通过螺纹旋合安装有一个不锈钢圆环3。两个不锈钢圆环3分别从上下两侧将拼接后的置土管1箍紧防止分离。最好是，不锈钢圆环3的外侧开有四个呈圆周均布的旋转缺口3a，便于不锈钢圆环3进行装拆手动旋转时施力。置土管1上两个不锈钢圆环3的最好旋向相反，防松效果更好；当然，也可以旋向相同。

在置土管1的下端侧壁上设置有至少三个呈周向布置的螺杆4，所有螺杆4的杆部伸入置土管1内形成管内底部支撑结构。螺杆4优选为四个，在置土管1的下端侧壁上呈周向均布，所有螺杆4的杆头抵紧在一起。

利用螺杆4形成的管内底部支撑结构用于铺设底网5、土工布6和透气排水防漏土垫网7，三者由下向上依次铺设。底网5作为支撑骨架，放置在最底层；透气排水防漏土垫网7优选花盆垫网，成本低，取材方便，透气防水防漏土效果好。置土管1内填土并在土样13表面铺设有土工布6。

刚性支撑架2采用不锈钢制成，包括支撑柱2a和上下两层隔板2b。每层隔板2b上开设置有若干个“U”形缺槽2c，“U”形缺槽2c的宽度略大于置土管1的外径。置土管1横向置入其中一个“U”形缺槽2c内，并通过两个不锈钢圆环3分别搁置在对应层的隔板2b上方实现悬挂安装，巧妙地利用“U”形缺槽2c卡在不锈钢圆环3下方防脱，使得不锈钢圆环3兼具置土管拼接后的锁紧以及悬挂安装的双重功效。刚性支撑架2上悬挂安装有若干个置土管1，每层隔板2b上开设置有对应数量的“U”形缺槽2c。优选为，每层隔板2b的前后两侧各设置有3个“U”形缺槽2c，且6个“U”形缺槽2c呈矩阵布置。

置土管拼接过程为：两瓣对开不锈钢管由衔接处的凸榫凹槽结合后，将两个内侧带螺纹的不锈钢圆环套在置土管外壁，用于对置土管进行固定密封。置土管底部采用管内底部支撑结构+底网+土工布+透气排水防漏土垫网进行了防漏处理，可以确保灌浆渗滤液从置土管底部顺利排出的同时不漏土。置土管填土完毕后，再在土样表面铺设一层土工布，可以使土体表面的浆液均匀分散，避免浆液泵至土体表面时集中于一个部位，有效避免土样表面碳酸钙堵塞。置土管借用两个不锈钢圆环分别挂置在刚性支撑架的上下两层隔板上，可以使置土管稳定并保持管体垂直，避免了因管体倾斜引起的浆液分布不均问题，试样灌浆效果好。

试验装置组装、拆卸简单，封闭性好，模具制作材料采用不锈钢，牢固耐腐蚀，可循环使用，适用于圆柱体灌浆试样的制备。

最好是，支撑柱2a共四个，成矩阵布置，位于隔板2b的四个转角处，安装时，在隔板2b的每个转角处设置与支撑柱2a横截面匹配的缺槽，支撑柱2a正好落入缺槽内进行焊接固定。

支撑柱2a上相向开设有平行滑槽2d，左侧的两个支撑柱2a上的平行滑槽2d的方向一致，右侧的两个支撑柱2a上的平行滑槽2d的方向一致。渗滤液收集容器11的两侧带有水平挂耳11a，水平挂耳11a水平插入对应侧的平行滑槽2d内实现挂接，用于接所有置土管1的渗滤液；渗滤液收集容器11能前后抽拉进行装取，渗滤液收集完毕后，容器可以“抽屉”抽出形式取出，以进行渗滤液处理，非常方便。浆液渗入管内土体后由置土管底部渗出，滴入渗滤液收集容器11。灌浆试验结束后，依次卸下置土管1的螺杆4、两个不锈钢圆环3，将中空管的两瓣对开不锈钢管壁分开，即可取出置土管1中的灌浆试样。

泡沫板12铺设在所有置土管1的顶部，泡沫板12上开设有与置土管1一一对应的过孔。输浆管10的末端分成若干支管10a，支管10a的数量与置土管1的数量对应，支管10a插入泡沫板12上对应的过孔内，过孔起到固定支管10a的作用。储浆容器8的浆液能在蠕动泵9的作用下通过输浆管10送入置土管1内。

Claims (7)

1.一种微生物灌浆加固圆柱试样的试验装置，包括置土管(1)、刚性支撑架(2)、储浆容器(8)、蠕动泵(9)、输浆管(10)，所述置土管(1)采用两瓣对开不锈钢管壁拼接而成的中空管，并在拼接处采用凸榫凹槽结构，其特征在于：

所述置土管(1)的上端、下部外壁上分别通过螺纹旋合安装有一个不锈钢圆环(3)，在置土管(1)的下端侧壁上设置有至少三个呈周向布置的螺杆(4)，所有螺杆(4)的杆部伸入置土管(1)内形成管内底部支撑结构，所述管内底部支撑结构上依次铺设有底网(5)、土工布(6)和透气排水防漏土垫网(7)，所述置土管(1)内填土并在土样表面铺设有土工布(6)；

所述刚性支撑架(2)采用不锈钢制成，包括支撑柱(2a)和上下两层隔板(2b)，每层隔板(2b)上开设置有若干个“U”形缺槽(2c)，所述置土管(1)横向置入其中一个“U”形缺槽(2c)内，并通过两个不锈钢圆环(3)分别搁置在对应层的隔板(2b)上方实现悬挂安装，所述刚性支撑架(2)上悬挂安装有若干个置土管(1)；

所述支撑柱(2a)上相向开设有平行滑槽(2d)，渗滤液收集容器(11)的两侧带有水平挂耳(11a)，水平挂耳(11a)水平插入对应侧的平行滑槽(2d)内实现挂接，用于接所有置土管(1)的渗滤液；

泡沫板(12)铺设在所有置土管(1)的顶部，所述泡沫板(12)上开设有与置土管(1)一一对应的过孔，所述输浆管(10)的末端分成若干支管(10a)，支管(10a)插入泡沫板(12)上对应的过孔内，储浆容器(8)的浆液能在蠕动泵(9)的作用下通过输浆管(10)送入置土管(1)内。

2.按照权利要求1所述的微生物灌浆加固圆柱试样的试验装置，其特征在于：每层隔板(2b)的前后两侧各设置有3个“U”形缺槽(2c)，且6个“U”形缺槽(2c)呈矩阵布置。

3.按照权利要求2所述的微生物灌浆加固圆柱试样的试验装置，其特征在于：所述支撑柱(2a)共四个，成矩阵布置，左侧的两个支撑柱(2a)上的平行滑槽(2d)的方向一致，右侧的两个支撑柱(2a)上的平行滑槽(2d)的方向一致，渗滤液收集容器(11)能前后抽拉进行装取。

4.按照权利要求1所述的微生物灌浆加固圆柱试样的试验装置，其特征在于：所述不锈钢圆环(3)的外侧开有四个呈圆周均布的旋转缺口(3a)。

5.按照权利要求1所述的微生物灌浆加固圆柱试样的试验装置，其特征在于：所述置土管(1)的两瓣不锈钢管壁，第一瓣的凸榫插入第二瓣的凹槽内，第二瓣的凸榫插入第一瓣的凹槽内实现拼接，且凸榫、凹槽的横截面对应，均为矩形。

6.按照权利要求1所述的微生物灌浆加固圆柱试样的试验装置，其特征在于：所述螺杆(4)共四个，在置土管(1)的下端侧壁上呈周向均布，所有螺杆(4)的杆头抵紧在一起。

7.按照权利要求1所述的微生物灌浆加固圆柱试样的试验装置，其特征在于：所述置土管(1)上两个不锈钢圆环(3)的旋向相反。

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