一种一维微生物注浆加固粉土试验的装置及方法与流程

本发明属于注浆试验技术领域，特别涉及一种一维微生物注浆加固粉土试验的装置及方法。

背景技术：

随着目前我国现代化进程的加快，在沿海城市建设的过程中，有大量的软土地基需要处理。注浆可对松软地层进行原位加固并改变其固有的物理力学性质，所以它广泛的应用于土木建筑工程中，现有的注浆系统多针对实际注浆操作和砂土注浆，对于实验室内粉土等性质较差的土体注浆实验的研究有一定的限制。

进入21世纪以来，学科间交叉在处理一些前沿问题上展现出了强大的竞争力，利用微生物可以在多孔介质中生长、运移和繁殖等特性进行土体改性，不仅是全新的理论突破和技术创新，而且对生态环境和可持续发展将带来深远的影响。现有研究表明，微生物与周围环境介质间相互作用可以极大改善土体强度、刚度和渗透性等宏观力学性质周芳琴等探讨了由于环境因素变化诱发的微生物对坝基岩土体工程性质的影响。Fischer等发现巴氏芽胞杆菌（BacillusPasteurii）在砂土中可较快析出具有胶结作用的碳酸钙沉淀。然而目前大都数关于微生物加固土体的研究仅限于加固砂土，对微生物加固粉土的研究较少。但是现有研究表明利用微生物代谢产物对粉土进行工程改性，渗透试验及无侧限抗压强度试验表明相应工程指标均能得到显著改善。所以微生物加固粉土的研究前景非常广阔

现有的室内试验注浆多为砂土注浆实验装置，且多为单向压力注浆，尚无复合压力注浆的实验装置用于粉土注浆加固实验。由于土体渗透系数较低，粉土注浆采用压力注浆的效果并不理想。由于实际工程的局限性，压力灌浆的注浆扩散半径的研究相对较难。

技术实现要素：

发明目的：针对上述现有技术中存在的问题和不足，本发明提供一种一维微生物注浆加固粉土试验的装置及方法，从而可以提高注浆效果，加快土体处理的进程。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种一维微生物注浆加固粉土试验的装置，包括模型槽4、压力供浆装置、回收桶5、水气分离装置6和真空泵7，所述压力供浆装置包括空气压力装置1和胶结液瓶3，所述模型槽4的顶部通过软管2连接胶结液瓶3，胶结液瓶3在通过软管2连接空气压力装置1，所述模型槽4的底部通过软管2分别连接回收桶5和水气分离装置6，所述水气分离装置6连接真空泵7，所述回收桶5上还连接有负压控制表8；所述模型槽4的顶部设置有盖板10，模型槽4内下端设置有带有若干个孔13的隔板11，且隔板11上铺设有滤纸12。

进一步的，所述模型槽4、回收桶5和水气分离装置6通过三通9相连。

进一步的，所述模型槽4顶部为外壁上设置有外螺纹，外螺纹旋进高度为10mm，外螺纹上装有盖板10，盖板10有机玻璃承压层厚度为10mm，且内有2mm厚的橡胶垫片，以保证模型槽4与盖板10之间的密封性；由于加了橡胶垫片，故实际旋进深度约为8mm。

进一步的，所述模型槽4底部通过排水管连通回收桶5。

进一步的，所述胶结液瓶3与空气压力装置1和模型槽4相接的软管2上均设置有双通14，且胶结液瓶3与空气压力装置1相接的软管2伸入胶结液瓶3内。

进一步的，所述模型槽4为圆柱体模型槽。

进一步的，所述模型槽4和隔板11的材质均为有机玻璃。

优选的，所述模型槽4的内腔直径为50mm，高为150mm；所述盖板10的厚度为20mm。

一种一维微生物注浆加固粉土试验的方法，包括以下步骤：

步骤一、首先将土样和菌液搅拌均匀，并将其填充于模型槽4内的滤纸12上，盖紧盖板10；

步骤二、将模型槽4、压力供浆装置、水气分离装置6和真空泵7用软管2连接，并将回收桶5接于模型槽4的底部，将胶结液注入胶结液瓶3中；

步骤三、调节空气压力装置1和负压控制表8的压力至预定值；最后开启空气压力装置1和真空泵7，进行压力注浆；

步骤四、待软管2中的胶结液全部进入模型槽4内，关闭真空泵7，空气压力装置1仍保持开启一段时间，以保证撤掉压力后胶结液不会回流；

步骤五、重复步骤三和四若干次，将土样取出，检测加固效果。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

正负压力均可调节，可研究不同压力注浆的注浆效果，通过正负压复合注浆的方法使得胶结液更加均匀的分布在土体中，加固效果更加均匀；注浆效率明显提高；且操作简单、方便实用。鉴于以往粉土注浆效果不理想的现状，本发明采用上压下吸的方法对粉土进行注浆，所述模型槽上部设计一抗压钢罩，下部设有一块带孔玻璃板，带孔玻璃板上放置滤纸，从而在带孔玻璃板下面所加得真空压力能够均匀分布在土体下表面。利用该装置对粉土进行注浆加固实验，可以设置各种菌液、不同压力等条件下的微生物加固土体效果的实验；操作简单、方便实用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中模型槽的结构示意图；

图3是本发明中多孔板的结构示意图；

图4是本发明中胶结液瓶的结构示意图；

其中：1-空气压力装置，2-软管，3-胶结液瓶，4-模型槽，5-回收桶，6-水气分离装置，7-真空泵，8-负压控制表，9-三通，10-盖子，11-隔板，12-滤纸，13-孔，14-双通。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

本发明的原理为：常规微生物加固土体灌浆条件下，由于粉土渗透性差，难以在较短的时间内灌浆完毕，而导致灌浆时中途堵塞，无法完成灌浆。空气压力灌浆装置的作用是提供100kPa左右的压力，以提供胶结液下渗的渗透力，使得注浆更加快速，有效。而抽真空装置则在模型槽4下部形成80kPa左右的负压，亦可加速胶结液的下渗速率，提高注浆效率。

如图1-4所示，一种一维微生物注浆加固粉土试验的装置，包括模型槽4、压力供浆装置、回收桶5、水气分离装置6和真空泵7，所述压力供浆装置包括空气压力装置1和胶结液瓶3，所述模型槽4的顶部通过软管2连接胶结液瓶3，胶结液瓶3在通过软管2连接空气压力装置1，所述模型槽4的底部通过软管2分别连接回收桶5和水气分离装置6，所述水气分离装置6连接真空泵7，所述回收桶5上还连接有负压控制表8；所述模型槽4的顶部设置有盖板10，所述盖板10为抗压钢罩，模型槽4内下端设置有带有若干个孔13的隔板11，且隔板11上铺设有滤纸12，从而在带孔隔板下面所加得真空压力能够均匀分布在土体下表面。

所述模型槽4、回收桶5和水气分离装置6通过三通9相连，所述模型槽4底部通过排水管连通回收桶5。

所述模型槽4顶部为外壁上设置有外螺纹，外螺纹旋进高度为10mm，外螺纹上装有盖板10，盖板10有机玻璃承压层厚度为10mm，且内有2mm厚的橡胶垫片，以保证模型槽4与盖板10之间的密封性；由于加了橡胶垫片，实际旋进深度约为8mm。

所述胶结液瓶3与空气压力装置1和模型槽4相接的软管2上均设置有双通14，且胶结液瓶3与空气压力装置1相接的软管2伸入胶结液瓶3内。

所述模型槽4为圆柱体模型槽，模型槽4和隔板11的材质均为有机玻璃，所述模型槽4下部由一块多孔的有机玻璃板隔开，以保证下部抽真空的均匀性。

所述模型槽4的内腔直径为50mm，高为150mm；所述盖板10的厚度为20mm。

一种一维微生物注浆加固粉土试验的方法，包括以下步骤：

步骤一、土样制备：用烘干后的土样加入水，制成含水率为5%的土样；

步骤二、菌液搅拌：在土样中加入体积为土体总孔隙体积50%-80%的菌液，搅拌均匀；

步骤三、土样装入模型槽：将一塑料薄板弯成圆柱形，切割成与模型槽4内部高度一致，并将卷曲的塑料薄板的底面与滤纸用胶带固定连接，再将其放入模型槽4中；将加入菌液后的土样装填入模型槽4内，每填3cm左右高度的土样，用工具对土体进行适当压实，以防止最后土体过松而计算所需土量无法完全填入模型槽4中，最后盖紧盖板10；

步骤四、连接设备：将压力供浆装置、水气分离装置6和真空泵7用软管2连接，并将回收桶5接于模型槽4的底部，并检查个设备及其之间的气密性和牢固程度，由于整个管路系统中均有压力，所以气密性很重要，各个部件及软管的连接处都应缠一圈水胶带；

步骤五、将胶结液注入胶结液瓶3中；

步骤六、注浆：首先在加压前真空泵7先空载预热5分钟；然后调节空气压力装置1和负压控制表8的压力至预定值；最后开启空气压力装置1和真空泵7，进行压力注浆；模型槽4上部以空气压力灌浆，同时下部以抽真空形成负压，加速胶结液的下渗速率。

步骤七、待软管2中的胶结液全部进入模型槽4内，关闭真空泵7，空气压力装置1仍保持开启一段时间，以保证撤掉压力后胶结液不会回流；

步骤八、根据试验计划进行若干次注浆后，将塑料薄板连带着土样抽出，检测加固效果。

所述步骤三中土样装入模型槽还可以采用以下方式：先将滤纸放入模型槽4下部的隔板11上，再将土体和菌液搅拌均匀后填入模型槽内，再在土体上放一层滤纸，最后拧紧盖板10。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。