本發(fā)明屬于注漿試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種一維微生物注漿加固粉土試驗(yàn)的裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著目前我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，在沿海城市建設(shè)的過(guò)程中，有大量的軟土地基需要處理。注漿可對(duì)松軟地層進(jìn)行原位加固并改變其固有的物理力學(xué)性質(zhì)，所以它廣泛的應(yīng)用于土木建筑工程中，現(xiàn)有的注漿系統(tǒng)多針對(duì)實(shí)際注漿操作和砂土注漿，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)粉土等性質(zhì)較差的土體注漿實(shí)驗(yàn)的研究有一定的限制。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，學(xué)科間交叉在處理一些前沿問(wèn)題上展現(xiàn)出了強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，利用微生物可以在多孔介質(zhì)中生長(zhǎng)、運(yùn)移和繁殖等特性進(jìn)行土體改性，不僅是全新的理論突破和技術(shù)創(chuàng)新，而且對(duì)生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展將帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響?，F(xiàn)有研究表明，微生物與周圍環(huán)境介質(zhì)間相互作用可以極大改善土體強(qiáng)度、剛度和滲透性等宏觀力學(xué)性質(zhì)周芳琴等探討了由于環(huán)境因素變化誘發(fā)的微生物對(duì)壩基巖土體工程性質(zhì)的影響。Fischer等發(fā)現(xiàn)巴氏芽胞桿菌（BacillusPasteurii）在砂土中可較快析出具有膠結(jié)作用的碳酸鈣沉淀。然而目前大都數(shù)關(guān)于微生物加固土體的研究?jī)H限于加固砂土，對(duì)微生物加固粉土的研究較少。但是現(xiàn)有研究表明利用微生物代謝產(chǎn)物對(duì)粉土進(jìn)行工程改性，滲透試驗(yàn)及無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)表明相應(yīng)工程指標(biāo)均能得到顯著改善。所以微生物加固粉土的研究前景非常廣闊

現(xiàn)有的室內(nèi)試驗(yàn)注漿多為砂土注漿實(shí)驗(yàn)裝置，且多為單向壓力注漿，尚無(wú)復(fù)合壓力注漿的實(shí)驗(yàn)裝置用于粉土注漿加固實(shí)驗(yàn)。由于土體滲透系數(shù)較低，粉土注漿采用壓力注漿的效果并不理想。由于實(shí)際工程的局限性，壓力灌漿的注漿擴(kuò)散半徑的研究相對(duì)較難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題和不足，本發(fā)明提供一種一維微生物注漿加固粉土試驗(yàn)的裝置及方法，從而可以提高注漿效果，加快土體處理的進(jìn)程。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種一維微生物注漿加固粉土試驗(yàn)的裝置，包括模型槽4、壓力供漿裝置、回收桶5、水氣分離裝置6和真空泵7，所述壓力供漿裝置包括空氣壓力裝置1和膠結(jié)液瓶3，所述模型槽4的頂部通過(guò)軟管2連接膠結(jié)液瓶3，膠結(jié)液瓶3在通過(guò)軟管2連接空氣壓力裝置1，所述模型槽4的底部通過(guò)軟管2分別連接回收桶5和水氣分離裝置6，所述水氣分離裝置6連接真空泵7，所述回收桶5上還連接有負(fù)壓控制表8；所述模型槽4的頂部設(shè)置有蓋板10，模型槽4內(nèi)下端設(shè)置有帶有若干個(gè)孔13的隔板11，且隔板11上鋪設(shè)有濾紙12。

進(jìn)一步的，所述模型槽4、回收桶5和水氣分離裝置6通過(guò)三通9相連。

進(jìn)一步的，所述模型槽4頂部為外壁上設(shè)置有外螺紋，外螺紋旋進(jìn)高度為10mm，外螺紋上裝有蓋板10，蓋板10有機(jī)玻璃承壓層厚度為10mm，且內(nèi)有2mm厚的橡膠墊片，以保證模型槽4與蓋板10之間的密封性；由于加了橡膠墊片，故實(shí)際旋進(jìn)深度約為8mm。

進(jìn)一步的，所述模型槽4底部通過(guò)排水管連通回收桶5。

進(jìn)一步的，所述膠結(jié)液瓶3與空氣壓力裝置1和模型槽4相接的軟管2上均設(shè)置有雙通14，且膠結(jié)液瓶3與空氣壓力裝置1相接的軟管2伸入膠結(jié)液瓶3內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述模型槽4為圓柱體模型槽。

進(jìn)一步的，所述模型槽4和隔板11的材質(zhì)均為有機(jī)玻璃。

優(yōu)選的，所述模型槽4的內(nèi)腔直徑為50mm，高為150mm；所述蓋板10的厚度為20mm。

一種一維微生物注漿加固粉土試驗(yàn)的方法，包括以下步驟：

步驟一、首先將土樣和菌液攪拌均勻，并將其填充于模型槽4內(nèi)的濾紙12上，蓋緊蓋板10；

步驟二、將模型槽4、壓力供漿裝置、水氣分離裝置6和真空泵7用軟管2連接，并將回收桶5接于模型槽4的底部，將膠結(jié)液注入膠結(jié)液瓶3中；

步驟三、調(diào)節(jié)空氣壓力裝置1和負(fù)壓控制表8的壓力至預(yù)定值；最后開(kāi)啟空氣壓力裝置1和真空泵7，進(jìn)行壓力注漿；

步驟四、待軟管2中的膠結(jié)液全部進(jìn)入模型槽4內(nèi)，關(guān)閉真空泵7，空氣壓力裝置1仍保持開(kāi)啟一段時(shí)間，以保證撤掉壓力后膠結(jié)液不會(huì)回流；

步驟五、重復(fù)步驟三和四若干次，將土樣取出，檢測(cè)加固效果。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

正負(fù)壓力均可調(diào)節(jié)，可研究不同壓力注漿的注漿效果，通過(guò)正負(fù)壓復(fù)合注漿的方法使得膠結(jié)液更加均勻的分布在土體中，加固效果更加均勻；注漿效率明顯提高；且操作簡(jiǎn)單、方便實(shí)用。鑒于以往粉土注漿效果不理想的現(xiàn)狀，本發(fā)明采用上壓下吸的方法對(duì)粉土進(jìn)行注漿，所述模型槽上部設(shè)計(jì)一抗壓鋼罩，下部設(shè)有一塊帶孔玻璃板，帶孔玻璃板上放置濾紙，從而在帶孔玻璃板下面所加得真空壓力能夠均勻分布在土體下表面。利用該裝置對(duì)粉土進(jìn)行注漿加固實(shí)驗(yàn)，可以設(shè)置各種菌液、不同壓力等條件下的微生物加固土體效果的實(shí)驗(yàn)；操作簡(jiǎn)單、方便實(shí)用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中模型槽的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中多孔板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明中膠結(jié)液瓶的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1-空氣壓力裝置，2-軟管，3-膠結(jié)液瓶，4-模型槽，5-回收桶，6-水氣分離裝置，7-真空泵，8-負(fù)壓控制表，9-三通，10-蓋子，11-隔板，12-濾紙，13-孔，14-雙通。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。

本發(fā)明的原理為：常規(guī)微生物加固土體灌漿條件下，由于粉土滲透性差，難以在較短的時(shí)間內(nèi)灌漿完畢，而導(dǎo)致灌漿時(shí)中途堵塞，無(wú)法完成灌漿。空氣壓力灌漿裝置的作用是提供100kPa左右的壓力，以提供膠結(jié)液下滲的滲透力，使得注漿更加快速，有效。而抽真空裝置則在模型槽4下部形成80kPa左右的負(fù)壓，亦可加速膠結(jié)液的下滲速率，提高注漿效率。

如圖1-4所示，一種一維微生物注漿加固粉土試驗(yàn)的裝置，包括模型槽4、壓力供漿裝置、回收桶5、水氣分離裝置6和真空泵7，所述壓力供漿裝置包括空氣壓力裝置1和膠結(jié)液瓶3，所述模型槽4的頂部通過(guò)軟管2連接膠結(jié)液瓶3，膠結(jié)液瓶3在通過(guò)軟管2連接空氣壓力裝置1，所述模型槽4的底部通過(guò)軟管2分別連接回收桶5和水氣分離裝置6，所述水氣分離裝置6連接真空泵7，所述回收桶5上還連接有負(fù)壓控制表8；所述模型槽4的頂部設(shè)置有蓋板10，所述蓋板10為抗壓鋼罩，模型槽4內(nèi)下端設(shè)置有帶有若干個(gè)孔13的隔板11，且隔板11上鋪設(shè)有濾紙12，從而在帶孔隔板下面所加得真空壓力能夠均勻分布在土體下表面。

所述模型槽4、回收桶5和水氣分離裝置6通過(guò)三通9相連，所述模型槽4底部通過(guò)排水管連通回收桶5。

所述模型槽4頂部為外壁上設(shè)置有外螺紋，外螺紋旋進(jìn)高度為10mm，外螺紋上裝有蓋板10，蓋板10有機(jī)玻璃承壓層厚度為10mm，且內(nèi)有2mm厚的橡膠墊片，以保證模型槽4與蓋板10之間的密封性；由于加了橡膠墊片，實(shí)際旋進(jìn)深度約為8mm。

所述膠結(jié)液瓶3與空氣壓力裝置1和模型槽4相接的軟管2上均設(shè)置有雙通14，且膠結(jié)液瓶3與空氣壓力裝置1相接的軟管2伸入膠結(jié)液瓶3內(nèi)。

所述模型槽4為圓柱體模型槽，模型槽4和隔板11的材質(zhì)均為有機(jī)玻璃，所述模型槽4下部由一塊多孔的有機(jī)玻璃板隔開(kāi)，以保證下部抽真空的均勻性。

所述模型槽4的內(nèi)腔直徑為50mm，高為150mm；所述蓋板10的厚度為20mm。

一種一維微生物注漿加固粉土試驗(yàn)的方法，包括以下步驟：

步驟一、土樣制備：用烘干后的土樣加入水，制成含水率為5%的土樣；

步驟二、菌液攪拌：在土樣中加入體積為土體總孔隙體積50%-80%的菌液，攪拌均勻；

步驟三、土樣裝入模型槽：將一塑料薄板彎成圓柱形，切割成與模型槽4內(nèi)部高度一致，并將卷曲的塑料薄板的底面與濾紙用膠帶固定連接，再將其放入模型槽4中；將加入菌液后的土樣裝填入模型槽4內(nèi)，每填3cm左右高度的土樣，用工具對(duì)土體進(jìn)行適當(dāng)壓實(shí)，以防止最后土體過(guò)松而計(jì)算所需土量無(wú)法完全填入模型槽4中，最后蓋緊蓋板10；

步驟四、連接設(shè)備：將壓力供漿裝置、水氣分離裝置6和真空泵7用軟管2連接，并將回收桶5接于模型槽4的底部，并檢查個(gè)設(shè)備及其之間的氣密性和牢固程度，由于整個(gè)管路系統(tǒng)中均有壓力，所以氣密性很重要，各個(gè)部件及軟管的連接處都應(yīng)纏一圈水膠帶；

步驟五、將膠結(jié)液注入膠結(jié)液瓶3中；

步驟六、注漿：首先在加壓前真空泵7先空載預(yù)熱5分鐘；然后調(diào)節(jié)空氣壓力裝置1和負(fù)壓控制表8的壓力至預(yù)定值；最后開(kāi)啟空氣壓力裝置1和真空泵7，進(jìn)行壓力注漿；模型槽4上部以空氣壓力灌漿，同時(shí)下部以抽真空形成負(fù)壓，加速膠結(jié)液的下滲速率。

步驟七、待軟管2中的膠結(jié)液全部進(jìn)入模型槽4內(nèi)，關(guān)閉真空泵7，空氣壓力裝置1仍保持開(kāi)啟一段時(shí)間，以保證撤掉壓力后膠結(jié)液不會(huì)回流；

步驟八、根據(jù)試驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)行若干次注漿后，將塑料薄板連帶著土樣抽出，檢測(cè)加固效果。

所述步驟三中土樣裝入模型槽還可以采用以下方式：先將濾紙放入模型槽4下部的隔板11上，再將土體和菌液攪拌均勻后填入模型槽內(nèi)，再在土體上放一層濾紙，最后擰緊蓋板10。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。