CN114232597A - 一种电场控制微生物成矿加固土体模具装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电场控制微生物成矿加固土体模具装置，涉及到微生物诱导碳酸钙成矿加固岩土工程领域，该装置包括整流器、微型变压器、电极板、电压表、蠕动泵、储液舱、带孔圆盘、滤纸、土体加固模具。运用了电场控制带有电荷的巴氏芽孢杆菌和胶结液在待加固土体中发生定向移动，使微生物和胶结液在土体内部分布和微生物成矿效果更加均匀，可有效改善传统微生物灌注技术成矿不均匀的问题，可保证室内微生物成矿加固土体三轴测试土体试样的均一性和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于微生物岩土工程领域，涉及到微生物诱导碳酸钙成矿加固岩土工程领域，考虑到前期微生物成矿生成的方解石矿物堵塞孔隙，阻碍后期微生物在土体中分布，影响成矿效果的事实，本发明主要提出了采用电渗方法控制微生物诱导碳酸盐成矿的土体加固技术，利用电场控制带有电荷的巴氏芽孢杆菌和胶结液中离子在待加固土体中发生定向移动这一原理，对松散土体颗粒进行胶结加固。
背景技术
本发明属于电场控制微生物诱导碳酸钙沉淀加固土体技术，微生物加固砂土技术是由科学家Jason T.Dejong于2006年提出的，其所用细菌为巴氏芽孢杆菌，此菌种是一种能够参与有氧呼吸的菌种，若在湿润的沙土中用尿素和溶有钙质的液体培养，能够在土颗粒间产生碳酸钙代谢产物，利用碳酸钙的胶结作用使松散颗粒产生强度，从而提高了沙土的抗剪能力。传统的微生物诱导碳酸盐沉淀技术是利用巴氏芽孢杆菌在土体中迁移进行碳酸盐沉淀来加固土体，但由于细菌在土体中迁移并不均匀，使得土体加固效果并不均匀，是传统的微生物诱导碳酸盐沉淀技术的一大局限性。而Reuss 教授最早于1809年发现了黏土中具有电渗现象，又于1939年首次运用于土木工程中。据研究发现，细菌的迁移能力受土壤的pH值，孔隙结构特征和电势差影响。电渗控制微生物诱导碳酸盐成矿技术是在电场的控制下，用微生物诱导碳酸盐成矿来加固土体。在电场的作用下，巴氏芽孢杆菌的迁移能力显著提升，使得巴氏芽孢杆菌发生迁移时分布更加均匀，即使土体加固更加均匀。电渗微生物诱导碳酸盐成矿技术克服了传统的微生物诱导碳酸盐成矿技术土体加固不均匀这一缺点，改善了传统微生物诱导碳酸盐成矿不均匀的问题，保证室内微生物成矿加固土体三轴测试土体是要的均一性和稳定性。
发明内容
本发明的目的是为了解决利用微生物诱导碳酸盐沉淀技术使土体加固不够均匀的问题，增加样品成矿的均匀性。通过电场控制微生物诱导碳酸钙成矿，可以增强微生物在土体中的运动能力，而发明本装置既可以为细菌的运动提供外电场，又可以通过电压表对土体内部的成矿效果进行实时监测，从而来调控电压值的大小，保证成矿效果的均匀性。
其技术方案如下。
一种电场控制微生物成矿土体模具装置，它包括电源、整流器、微型变压器、电极板、电压表、蠕动泵、储液舱、带孔圆盘、滤纸、土体加固模具。所述整流器与交流电源连接，可将220V交流电转换为直流电；所述微型变压器与整流器连接，可以调节施加在电解板之间的电压值；所述电极板A、B分别与变压器的正、负极相连，电极板A与储液舱A连接，电极板B与储液舱B螺旋连接；分别不断地向所述储液舱A、B内补充胶结液（尿素和氯化钙）和菌液，利用蠕动泵实现胶结液和菌液分别在储液舱A、B内循环；所述带孔圆盘被卡在储液舱和加固模具之间，储液舱与加固模具之间通过螺旋连接；在模具两端带孔圆盘的内侧贴有滤纸，防止颗粒从圆盘孔流失。
进一步的是，所述电极板与储液舱、储液舱与土体加固模具均为分离式，通过螺旋连接组装，接触部位设有橡胶圈，防止液体渗出。
进一步的是，可通过所述整流器将交流电压转换为直流电压，保证电极板A、B电势的稳定性。
进一步的是，可通过所述微型变压器调控电极板之间的电压值，控制带有负电荷细菌和钙离子（ Ca2+）在土体内部移动的速率。
进一步的是，可通过所述蠕动泵实现储液舱A、B内部的胶结液和菌液不断循环，保证储液舱内部菌液和胶结液浓度的稳定性。
进一步的是，所述储液舱A、B和加固土体模具的两端分别安放电压表，监测不同部位电压值的改变，便于控制加固过程中极板间的电压值。
进一步的是，所述带孔圆盘具有通透和约束土体发生变形的作用，通过楔形构造被卡在储液舱和加固土体模具之间。
本发明有益效果如下。
本发明与现有技术相比，优点在于将电渗技术和微生物诱导碳酸钙成矿技术（MICP）相结合对松散土体颗粒进行加固，土体在加固前内部空隙率较高，随着微生物诱导碳酸钙的生成，土体的空隙被进一步填充，减少了菌液及胶结液在土体中的通透性，影响后期的加固效果；为了保证成矿的均匀性，传统的加固方法大多采用分层注浆加固方法，这会导致脱模过程中出现层间接触薄弱而分离的现象。
本发明在解决分层注浆层间接触不良问题的前提下，保证成矿效果的均匀性，提升了微生物成矿的效率与成矿品质。
附图说明
图1为电场控制微生物成矿模具装置构造示意图。
图2为电场控制微生物成矿模具剖面尺寸图。
图3为储液舱的细节剖面图。
图4为带孔圆盘平面图。
上述附图1-4中,1-电源，2-微型变压器，3-整流器，4-电极板，5-电压表，6-加固土体模具，7-蠕动泵，8-储液舱A、B，9-带孔圆盘，10-滤纸。
下面结合具体实施方式和附图对本发明做进一步说明。
本发明包括：电源（1），微型变压器（2），整流器（3），电极板（4），电压表（5），加固土体模具（6），蠕动泵（7），储液舱A、B（8），带孔圆盘（9），滤纸（10）。
所述整流器（3）与交流电源（1）连接，将交流电转换为直流电；微型变压器（2）与整流器（3）连接，用来调节电压。
所述微型电压器（2）正极通过导线和电阻器与电极板A（4）相连，形成阳极；微型变压器（2）负极通过导线和电阻器与电极板B（4）相连，形成阴极。
与所述微型电压器(2)相连的两端电极板(4)分别设置4块电极板，并用绝缘橡胶垫将彼此分隔开。
现场使用时，第一步，向储液舱A(8)注入胶结液，向储液舱B (8)注入稀释的菌液；第二步，通过蠕动泵（7）分别向储液舱A、B（8）不断补充胶结液（尿素和氯化钙）和菌液，实现胶结液和菌液分别在储液舱A、B(8)内的循环。
所述储液舱A、B(8)与电极板A、B(4)通过螺旋方式分别内嵌在电极板A、B(4)内，并在接触部位设置橡胶圈，防止液体渗出。
上述步骤全部完成后，将带孔圆盘(9)卡在储液舱(8)和土体加固模具(6)之间，将样本放入土体加固模具(6)中，由带孔圆盘（9）通透和约束故土体发生变形能力，并采用旋转密封方式进行密封，在土体加固模具（6）两端带孔圆盘内测贴有滤纸（10），防止颗粒从圆盘孔中流失；然后，将储液舱A、B（8）均通过螺旋方式与土体加固模具(6)相连接，在接触部位设置橡胶圈，防止液体渗出；接下来，将储液舱（8）A、B和土体加固模具（6）两端分别安放电压表（5），监测不同部位的电压的改变，便于控制电压；最后，将电极板（4）把连通绝缘橡胶垫放在模板内，再将模板放置在模型箱内，模板通过弹簧与模型箱侧壁连接以保证整个装置处于紧绷状态，防止液体渗出。
Claims (7)
1.一种电场控制微生物成矿加固土体模具装置，包括电源、整流器、微型变压器、电极板、电压表、蠕动泵、储液舱、带孔圆盘、滤纸、土体加固模具；其特征在于,所述整流器与交流电源连接，可将220V交流电转换为直流电；微型变压器与整流器连接，可以调节施加在电解板之间的电压值；电极板A、B分别与变压器的正、负极相连，电极板A与储液舱A连接，电极板B与储液舱B螺旋连接；分别不断地向所述储液舱A、B内补充胶结液（尿素和氯化钙）和菌液，利用蠕动泵实现胶结液和菌液分别在储液舱A、B内循环；带孔圆盘被卡在储液舱和加固模具之间，储液舱与加固模具之间通过螺旋连接；在模具两端带孔圆盘的内侧贴有滤纸，防止颗粒从圆盘孔流失。
2.根据权利要求1所述的一种电场控制微生物成矿加固土体模具装置，其特征在于,所述电极板与储液舱、储液舱与土体加固模具均为分离式，通过螺旋连接组装，接触部位设有橡胶圈，防止液体渗出。
3.根据权利要求1所述的一种电场控制微生物成矿加固土体模具装置，其特征在于,所述的电压值可通过所述整流器将交流电压转换为直流电压，保证电极板A、B电势的稳定性。
4.根据权利要求1所述的一种电场控制微生物成矿加固土体模具装置，其特征在于,所述的胶结液和菌液可通过微型变压器调控电极板之间的电压值，控制带有负电荷细菌和钙离子（ Ca2+）在土体内部移动的速率。
5.根据权利要求1所述的一种电场控制微生物成矿加固土体模具装置，其特征在于,所述的胶结液和菌液可通过蠕动泵实现储液舱A、B内部的胶结液和菌液不断循环，保证储液舱内部菌液和胶结液浓度的稳定性。
6.根据权利要求1所述的一种电场控制微生物成矿加固土体模具装置，其特征在于,所述储液舱A、B和加固土体模具的两端分别安放电压表，监测不同部位电压值的改变，便于控制加固过程中极板间的电压值。
7.根据权利要求1所述的一种电场控制微生物成矿加固土体模具装置，其特征在于,所述带孔圆盘具有通透和约束土体发生变形的作用，通过楔形构造被卡在储液舱和加固土体模具之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220325 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |