用于评价微生物加固效果的风积沙力学试验试件制备装置的制作方法

本发明涉及岩土体强度试验制样技术领域。更具体地说，本发明涉及用于评价微生物加固效果的风积沙力学试验试件制备装置。

背景技术：

风积沙广泛分布于我国西北部沙漠戈壁地区，通常认为其形成原因是剥蚀作用与风力搬运。风积沙矿物成分主要为石英、长石，同时含有一些碳酸盐、黏土矿物及其它矿物，粒径在0.06-0.24mm，颗粒密度多在2.5-2.8之间。风积沙的基本物理性质导致其具有渗透性强、抗剪强度低、压实性差等特点，这给沙漠区工程建设造成极大困难。

作为一种新型土体加固技术，微生物矿化加固技术因具有加固效果明显、见效快、环境友好等优势正逐渐受到广泛关注。微生物矿化现象广泛分布于自然界中，研究发现几乎每一种微生物都能合成矿物。微生物矿化加固技术通过为特定微生物代谢环境提供营养物质及金属元素以形成矿物结晶，大量结晶颗粒相互咬合并将松散土颗粒连接起来，最终起到加固土体的目的。已有研究表明，使用该技术能显著提高散粒介质力学性能，且对环境无显著影响。

鉴于我国西部建设之现实情形，利用微生物矿化加固技术处理风积沙以提高其整体力学性能，为缓解西部沙漠地区建筑材料缺乏提供了新的可参考依据。但作为一种新型土体处理手段，目前尚缺乏一种有效评价机制以对其力学性能展开评估。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供用于评价微生物加固效果的风积沙力学试验试件制备装置，能有效制备基于微生物加固技术的风积沙力学试验试件，并进一步用于评价微生物加固效果之优劣。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了用于评价微生物加固效果的风积沙力学试验试件制备装置，包括：注浆管，其竖直设置且注浆管内部在上下开口处均密封设置透水石，注浆管内在两块透水石之间填充有风积沙，所述注浆管的上下开口还通过密封机构密封；进液管，其一端贯通注浆管下方开口处的密封机构并紧贴下方透水石、另一端置于进液容器液面以下，且进液容器中的液体通过泵泵入注浆管内；排液管，其一端贯通注浆管上方开口处的密封机构并紧贴上方透水石、另一端贯通至排液容器。

优选的是，所述进液管包括连接为一体的进液软管和进液硬管，所述排液管包括连接为一体的排液软管和排液硬管，进液硬管和排液硬管分别贯通密封机构，进液软管和排液软管分别连接至进液容器和排液容器，所述进液软管上连接有蠕动泵。

优选的是，所述密封机构包括底盖、法兰垫片和顶盖，所述底盖具有竖直的通孔，所述进液硬管或排液硬管恰好固定配合于通孔内，所述顶盖为环形且恰好套设于注浆管的下端或上端，所述法兰垫片紧贴于注浆管下底面或上底面并位于底盖和顶盖之间，所述底盖、法兰垫片和顶盖通过螺栓紧密连接。

优选的是，所述注浆管内壁还粘贴有pet薄膜，其厚度为0.1mm。

优选的是，所述法兰垫片为橡胶垫片，且厚度为4mm。

优选的是，所述通孔、底盖、法兰垫片、顶盖和注浆管的中轴线均重合。

优选的是，所述注浆管采用固定架竖直固定。

优选的是，所述固定架包括：支撑架，其包括一体成型的底板、支撑柱和顶杆，所述支撑架形成开口朝向注浆管的u型结构；竖向调节机构，其包括套筒、u型连通管、调节柱，所述套筒恰好套设于注浆管的外侧，套筒与注浆管的轴线重合，所述套筒外壁还固定连接有与套筒轴线垂直设置的凸块，所述u型连通管一端连接有水平的连接块、另一端连接有水平的调节块、底部中心铰接有竖直的顶柱，所述顶柱固定于底板上，所述连接块具有向内凹陷的水平凹槽，其恰好卡合所述凸块，所述调节柱上端铰接于所述调节块上，所述调节柱下端连接于油缸伸缩杆上，所述油缸固定于底板上并可驱动调节柱上下伸缩，所述u型连通管两侧外壁均设置有相同的刻度线，且u型连通管内填充有透明的液体；一对弧形夹，其内凹面水平相对设置用以夹持注浆管，一对弧形夹的一端铰接于顶杆的端部、另一端通过螺栓连接为一体，所述弧形夹的内凹面设置有橡胶层。

优选的是，所述固定架包括：一对固定环，其内圈固定有橡胶圈，一对固定环分别固定套设于注浆管的上部和下部，且固定环的轴线与注浆管的轴线重合；一对卡合机构，其分别对应一对固定环，所述卡合机构包括卡合板和一对卡合块，所述卡合块具有内凹的半圆形缺口，且缺口中部继续向内水平凹陷形成弧形的卡合槽，一对卡合块的缺口相对设置且当一对卡合块相对紧贴时，缺口恰好可套设于注浆管外，卡合槽恰好可容纳固定环卡合，所述卡合块侧面还固定连接有水平的连接柱，所述连接柱具有内螺纹通孔，所述卡合板朝向注浆管的侧面具有向内凹陷的滑动槽，所述卡合板内沿其宽度方向设置有转动轴，其在宽度方向的两侧设置有螺纹相反的外螺纹，一对卡合块的一对连接柱恰好通过其上的内螺纹通孔配合于转动轴两侧的外螺纹上；箱体，其固定设置，所述箱体朝向注浆管的侧面具有一对向内凹陷的凹通道，且一对凹通道还继续向箱体的侧壁延伸凹陷，一对凹通道恰好可容纳一对卡合板水平穿过卡合，所述凹通道靠近箱体中心的底面中部向箱体中心竖直凹陷有凹孔道，其内配合有卡合柱，所述卡合柱远离箱体中心的表面为倾斜面，其从靠近注浆管的侧面向另一侧面并向箱体中心倾斜，所述箱体上方的卡合柱与凹孔道底面之间还通过弹簧连接，所述卡合板上具有卡合卡合柱的凹孔。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本装置制作工艺简单，能有效实现基于微生物矿化加固技术的风积沙力学试件制备，并进一步用于评价微生物加固效果之优劣。

2、注浆管上部与下部分别设置的透水石能实现液体自由进出，同时对风积沙颗粒起到拦挡作用，防止因颗粒游走造成加固效果不良及堵塞进出管管口；上下法兰垫片能有效封闭灌浆装置，防止因液体渗漏影响加固效果及资源浪费。

3、注浆管内使用pet薄膜能较大限度增加装置使用次数，延长装置使用寿命。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明试件制备装置的结构示意图；

图2为本发明法兰垫片的结构示意图；

图3为本发明风积沙力学试验试件无侧限抗压强度应力应变曲线；

图4为本发明一种实施方式中固定架的结构示意图；

图5为本发明一种实施方式中固定架对应的弧形夹的俯视图；

图6为本发明另一种实施方式中固定架的结构示意图；

图7为本发明另一种实施方式中固定架对应的卡合机构的俯视图。

附图标记说明：

1、进液容器，2、蠕动泵，3、进液软管，4、进液硬管，5、法兰垫片，6、透水石，7、风积沙，8、pet薄膜，9、注浆管，10、底盖，11、排液硬管，12、排液软管，13、排液容器，14、顶盖，150、底板，151、支撑柱，152、顶杆，153、套筒，154、u型连通管，155、调节柱，156、连接块，157、调节块，158、顶柱，159、弧形夹，160、卡合板，161、卡合块，162、缺口，163、卡合槽，164、箱体，165、凹通道，166、卡合柱，167、弹簧，168、转动轴，169、连接柱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1至2所示，本发明提供一种用于评价微生物加固效果的风积沙力学试验试件制备装置，包括：注浆管9，其竖直设置且注浆管9内部在上下开口处均密封设置透水石6，注浆管9内在两块透水石6之间填充有风积沙7，所述注浆管9的上下开口还通过密封机构密封；进液管，其一端贯通注浆管9下方开口处的密封机构并紧贴下方透水石6、另一端置于进液容器1液面以下，且进液容器1中的液体通过泵泵入注浆管9内；排液管，其一端贯通注浆管9上方开口处的密封机构并紧贴上方透水石6、另一端贯通至排液容器13。

在上述技术方案中，注浆管9上下分别设置的透水石6能实现液体自由进出注浆管9，同时对风积沙7颗粒起到拦挡作用，防止因颗粒游走造成加固效果不良及堵塞进出管管口，透水石6为恰好密封卡合于注浆管9上下开口处的柱体块状；整个装置依靠泵将灌注液体从进液容器1泵送至注浆管9内，并通过排液管排至排液容器13；密封机构能有效封闭注浆管9，防止因液体渗漏影响加固效果及资源浪费。

在另一种技术方案中，所述进液管包括连接为一体的进液软管3和进液硬管4，所述排液管包括连接为一体的排液软管12和排液硬管11，进液硬管4和排液硬管11分别贯通密封机构，进液软管3和排液软管12分别连接至进液容器1和排液容器13，所述进液软管3上连接有蠕动泵2。

在另一种技术方案中，所述密封机构包括底盖10、法兰垫片5和顶盖14，所述底盖10具有竖直的通孔，所述进液硬管4或排液硬管11恰好固定配合于通孔内，所述顶盖14为环形且恰好套设于注浆管9的下端或上端，所述法兰垫片5紧贴于注浆管9下底面或上底面并位于底盖10和顶盖14之间，所述底盖10、法兰垫片5和顶盖14通过螺栓紧密连接。

在上述技术方案中，进液管和排液管均由一节软管和一节硬管连接而成，硬管与底盖10的通孔配合，设置一小节，需要使用硬质管，而大部分的管道均是软管，方便移动。密封机构通过底盖10、法兰垫片5和顶盖14三者可拆卸连接，一方面法兰垫片5起到密封的作用，另一方面结构简单、方便后续拆卸。

在另一种技术方案中，所述注浆管9内壁还粘贴有pet薄膜8，其厚度为0.1mm。pet薄膜8的设置能较大限度增加装置使用次数，延长装置使用寿命。

在另一种技术方案中，所述法兰垫片5为橡胶垫片，且厚度为4mm。法兰垫片5设置为橡胶垫片，密封效果好。

在另一种技术方案中，所述通孔、底盖10、法兰垫片5、顶盖14和注浆管9的中轴线均重合。中轴线重合，一方面可保证密封效果更好，另一方面也可使得灌注液体时更均匀。

实施例

风积沙力学试验试件制备

1、菌液制备：将脲酶细菌接种至发酵培养基，30℃条件下培养24h得到灌浆用菌液；

2、灌浆前，在pet薄膜8与注浆管9接触面涂抹凡士林，再将涂抹凡士林后的pet薄膜8放入注浆管9内，确保pet薄膜8与注浆管9内壁完全接触；

3、打开蠕动泵2，将足量2mol/l氯化钙与尿素混合溶液(等比例混合)利用蠕动泵2泵入注浆管9内，待排液软管12无溶液流出，再将足量菌液泵入注浆管9；

4、灌浆完毕，将注浆管9静置于30℃恒温培养箱1小时，1小时后重复上述灌浆步骤；以上步骤每日重复一次，连续三天；

5、将蠕动泵2两侧进液软管3浸没于清水液面下，往复抽取清水以清洁进液液体通道。

无侧限抗压强度试验

1、将制得的风积沙试件置于60℃烘箱24h，烘干后对试件上下底面作打磨处理；

2、使用电液伺服万能试验机对试件进行无侧限抗压强度测试，加载速率0.05mm/min；

3、获得无侧限抗压强度结果以应力应变曲线表示，如图3所示。由图可知，上述实施例所制得风积沙力学试件的无侧限抗压强度约为0.6mpa，使用本发明装置可制备风积沙力学试验试件且效果良好。

为了使得注浆管9在工作时保持竖直的稳定状态，设置了固定架进行固定。固定架的设置有以下两种形式。

在一种技术方案中，如图4和图5所示，所述固定架包括：支撑架，其包括一体成型的底板150、支撑柱151和顶杆152，所述支撑架形成开口朝向注浆管9的u型结构；竖向调节机构，其包括套筒153、u型连通管154、调节柱155，所述套筒153恰好套设于注浆管9的外侧，套筒153与注浆管9的轴线重合，所述套筒153外壁还固定连接有与套筒153轴线垂直设置的凸块，所述u型连通管154一端连接有水平的连接块156、另一端连接有水平的调节块157、底部中心铰接有竖直的顶柱158，所述顶柱158固定于底板150上，所述连接块156具有向内凹陷的水平凹槽，其恰好卡合所述凸块，所述调节柱155上端铰接于所述调节块157上，所述调节柱155下端连接于油缸伸缩杆上，所述油缸固定于底板150上并可驱动调节柱155上下伸缩，所述u型连通管154两侧外壁均设置有相同的刻度线，且u型连通管154内填充有透明的液体；一对弧形夹159，其内凹面水平相对设置用以夹持注浆管9，一对弧形夹159的一端铰接于顶杆152的端部、另一端通过螺栓连接为一体，所述弧形夹159的内凹面设置有橡胶层。

在上述技术方案中，如果只通过普通的夹持机构将注浆管9夹持固定，则无法调整注浆管9的竖直状态。支撑架起到支撑作用，初始状态时，将套筒153套设于注浆管9上，套筒153的内径设置为与注浆管9的外径一致，再进行试件制备装置的安装，安装完成后需要将注浆管9进行固定且注浆管9需要保证为竖直状态；先通过油缸调节调节柱155上下伸缩，从而调整u型连通管154两侧竖直管道内的液体保持在同一水平刻度内，再将套筒153上的凸块卡合于连接块156的凹槽内，则此时凸块与连接块156连接为一体式结构，连接块156和调节块157设置为始终分别与u型连通管154两侧的竖直管道垂直固定，因此只需要调整u型连通管154两侧竖直管道内的液体保持在同一水平刻度内，则连接块156保持为水平状态，即凸块保持为水平状态，套筒153的轴线自然为竖直状态，此时即可保证注浆管9为竖直状态；然后再通过一对弧形夹159结合螺栓将注浆管9进一步限位固定。

在另一种技术方案中，如图6和图7所示，所述固定架包括：一对固定环，其内圈固定有橡胶圈，一对固定环分别固定套设于注浆管9的上部和下部，且固定环的轴线与注浆管9的轴线重合；一对卡合机构，其分别对应一对固定环，所述卡合机构包括卡合板160和一对卡合块161，所述卡合块161具有内凹的半圆形缺口162，且缺口162中部继续向内水平凹陷形成弧形的卡合槽163，一对卡合块161的缺口162相对设置且当一对卡合块161相对紧贴时，缺口162恰好可套设于注浆管9外，卡合槽163恰好可容纳固定环卡合，所述卡合块161侧面还固定连接有水平的连接柱169，所述连接柱169具有内螺纹通孔，所述卡合板160朝向注浆管9的侧面具有向内凹陷的滑动槽，所述卡合板160内沿其宽度方向设置有转动轴168，其在宽度方向的两侧设置有螺纹相反的外螺纹，一对卡合块161的一对连接柱169恰好通过其上的内螺纹通孔配合于转动轴168两侧的外螺纹上；箱体164，其固定设置，所述箱体164朝向注浆管9的侧面具有一对向内凹陷的凹通道165，且一对凹通道165还继续向箱体164的侧壁延伸凹陷，一对凹通道165恰好可容纳一对卡合板160水平穿过卡合，所述凹通道165靠近箱体164中心的底面中部向箱体164中心竖直凹陷有凹孔道，其内配合有卡合柱166，所述卡合柱166远离箱体164中心的表面为倾斜面，其从靠近注浆管9的侧面向另一侧面并向箱体164中心倾斜，所述箱体164上方的卡合柱166与凹孔道底面之间还通过弹簧167连接，所述卡合板160上具有卡合卡合柱166的凹孔。

在上述技术方案中，首先在注浆管9的外侧套设一对固定环，固定环内圈为橡胶圈，其可牢固固定于注浆管9上并可拆卸且不损伤注浆管9，再进行试件制备装置的安装，安装完成后需要将注浆管9进行固定且注浆管9需要保证为竖直状态；箱体164固定设置使得其上设置的一对凹通道165保持水平状态，在固定注浆管9时既可先将卡合机构卡合于注浆管9上后再整体安装于箱体164上，也可先将卡合机构安装于箱体164上后再固定注浆管9，以后一种方式为例进行说明；将一对卡合机构的一对卡合板160分别卡合于一对凹通道165内，在卡合板160向内插入凹通道165内时，卡合板160可将卡合柱166向箱体164中心挤压，使卡合柱166缩进凹孔道内，当卡合板160继续运动至最终状态时，其上的凹孔恰好对应卡合卡合柱166，上方的卡合柱166通过弹簧167实现上下伸缩，下方的卡合柱166通过自重实现下落卡合；此时再调整上方和下方卡合机构分别对应的一对卡合块161位于注浆管9的两侧，然后驱动转动轴168转动，转动轴168只发生转动，在相反外螺纹的作用下，一对卡合块161上的一对连接柱169相对靠近或远离，从而带动一对卡合块161一起靠近或远离注浆管9，驱动转动轴168转动使得一对卡合块161均向注浆管9靠近，直至一对卡合块161紧贴，此时缺口162恰好套设于注浆管9外，而固定环恰好位于卡合槽163内，注浆管9通过一对固定环的卡合可稳定的保持竖直状态。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。