申请/专利权人：大连理工大学

申请日：2021-01-13

公开（公告）日：2024-06-14

公开（公告）号：CN112746606B

主分类号：E02D1/00

分类号：E02D1/00;E02D3/12

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.14#授权;2021.05.21#实质审查的生效;2021.05.04#公开

摘要：一种研究水平流动下微生物诱导碳酸钙沉淀改良地基的实验设备及方法。设备主要包括蠕动泵，大直径试样器，分隔板，止水阀门，胶皮软管，荧光标记液。通过设置超低高径比的试样器实现灌浆液的水平流动。在试样器内均匀设置多个内隔板实现一次实验的多试样平行验证。通过图像采集系统实现水平流动下微生物运移及碳酸钙生成过程的实时监测。本发明所提出的实验装置可以使浆液基本在水平方向流动，实时观测微生物运移与碳酸钙生成过程。同时，利用该设备，通过单次实验即可完成平行验证，提高了研究效率，保证了实验结果可靠性，为研究在水平流动下碳酸钙的分布规律以及作用机理奠定了基础，对推广MICP在地基处理领域的应用具有重要意义。

主权项：1.一种研究水平流动下微生物诱导碳酸钙沉淀改良地基的实验设备的使用方法，其特征在于，研究水平流动下微生物诱导碳酸钙沉淀改良地基的实验设备主要由主体结构、注浆系统、出流液控制系统以及图像采集系统组成；主体结构主要由大直径试样器1、底部盖板2、顶部盖板3、分隔板7以及宝塔接头6组成；大直径试样器1为圆筒形状，设计其高度远小于其直径，使灌注的浆液沿水平方向流动；大直径试样器1侧壁上设置有多个通孔，所有通孔均位于侧壁正中央，通孔到大直径试样器1上、下端的距离相等；通孔中设置有宝塔接头6，宝塔接头6的大直径端旋入通孔中，小直径端出露于大直径试样器1侧壁；大直径试样器1顶面设置有第二圆环形凹槽15，该第二圆环形凹槽15位于大直径试样器1顶面的中间位置；大直径试样器1底端与底部盖板2固定连接，用于放置土体试样；底部盖板2为圆盘，其直径大于大直径试样器1外径；在底部盖板2内，离外边缘一定位置处，设置多个底部盖板螺纹孔13，底部盖板螺纹孔13的尺寸与M8螺栓9配套；底部盖板2中心位置设置第二圆形通孔14，第二圆形通孔14中插入注浆管11，注浆管11的外径与第一圆形通孔10的直径相同；注浆管11侧壁上沿圆周方向均匀分布多个小孔，作为注浆孔12，浆液通过注浆管11上的注浆孔12进入土体中；注浆孔12到大直径试样器1顶端和底端的距离相同；注浆管11上的注浆孔12与大直径试样器1上的出浆口相对应；在大直径试样器1内设置多个分隔板7，分隔板7竖向放置，高度与大直径试样器1一致；分隔板7的一端连接大直径试样器1侧壁，另一端与注浆管11连接；其中分隔板7与大直径试样器1的连接处位于大直径试样器1侧壁相邻通孔的中间位置，分隔板7固定在底部盖板2上；所述顶部盖板3为圆盘，其结构和尺寸与底部盖板2相同；顶部盖板3上与底部盖板2对应位置开有顶部盖板螺纹孔8，顶部盖板螺纹孔8与M8螺栓9配套；顶部盖板3中间设置第一圆形通孔10，第一圆形通孔10直径与注浆管11的外径相同；顶部盖板3下表面设置第一圆环形凹槽4，第一圆环形凹槽4与大直径试样器1顶面上的第二圆环形凹槽15相对应；通过在第一圆环形凹槽4中放置防水密封圈防止注浆过程中顶部盖板3与大直径试样器1连接处发生渗漏；在注浆前，按照试样方案在大直径试样器1中装完土样后，使用M8螺栓9和螺母连接固定顶部盖板3与底部盖板2；所述的注浆系统包括浆液贮液器16、胶皮软管24、蠕动泵18、止水阀19以及注浆管11；浆液贮液器16用于盛放浆液；与蠕动泵18配套的胶皮软管24一端放置于浆液贮液器16的底部，另一端与大直径试样器1顶部的注浆管11相连；胶皮软管24上设置有止水阀19，用于控制注浆通道的开闭；所述的出流液控制系统主要由底座20、竖向滑轨21、松紧螺栓22、支撑横杆23、胶皮软管24以及止水阀19组成；底座20与竖向滑轨21底端焊接；竖向滑轨21与支撑横杆23通过松紧螺栓22相连，通过固定或调节松紧螺栓22来控制支撑横杆23的上下移动；支撑横杆23上设置有固定器，用于固定作为出流液通道的胶皮软管24；胶皮软管24一端穿过固定器，端口出露固定器一定长度；胶皮软管24的另一端连接大直径试样器1侧壁上的宝塔接头6；胶皮软管24的内径小于宝塔接头6的外径，使胶皮软管24紧箍宝塔接头6；胶皮软管24上设置有止水阀19；连接固定器的胶皮软管24端口的竖向位置高于大直径试样器1中土样的顶面，保证大直径试样器1中的土体始终处于饱和状态；所述的图像采集系统，主要由工业相机25、固定架26和PC终端组成；固定架26是由三脚架以及云台组成，云台反向插入三角架中，将工业相机25的机身固定在固定架上，相机镜头垂直向下，镜头正对大直径试样器1；工业相机25的机身连接PC终端；使用方法步骤如下：根据试验设置的土体参数以及试样器的容积计算需要在大直径试样器1中填充的土体质量，并按计算出的质量称取待处理的土样；通过砂雨法将土样均匀地填满大直径试样器1；将顶部盖板3放于大直径试样器1上，顶部盖板螺纹孔8与底部盖板螺纹孔13对应，顶部盖板3上的第一圆环形凹槽4与密封圈位置对应，密封圈上半部分进入顶部盖板3的圆环形凹槽4中；用M8螺栓9将顶部盖板3、底部盖板2固定连接；连接出流液控制系统，将胶皮软管24一端连接在大直径试样器1侧壁的宝塔接头6上，另一端连接在支撑横杆23的固定器上；旋开松紧螺栓22，将支撑横杆23沿竖向滑轨移动到高于大直径试样器1中土体顶面的位置；拧紧松紧螺栓22，固定支撑横杆23；连接注浆系统，将蠕动泵18配套的胶皮软管24一端放置在浆液贮液器16的底部，另一端穿过蠕动泵18的泵头连接在大直径试样器1顶部的注浆管11；关闭大直径试样器1底端注浆管11上的止水阀19；在浆液贮液器16中放置待注浆溶液，在蠕动泵18控制系统中设置注浆参数；打开蠕动泵18，打开注浆通道以及出浆通道上的止水阀19；先向大直径试样器1中注入蒸馏水，注入的蒸馏水体积为5倍的土体孔隙总体积，以使土体试样饱和，同时验证装置的密封性以及注浆通道的流通性；浆液被蠕动泵18从浆液贮液器16中泵送到注浆管11，到达注浆管11底部的浆液通过注浆孔12进入土体，流向大直径试样器1侧壁的注浆口；浆液在土体中的总体流动方向为水平方向；将浆液贮液器16中的浆液换成带有荧光标记的微生物液；打开图像采集系统，并注入一定体积的微生物液；在注入过程中进行不间断图像采集；打开注浆通道以及出浆通道上的止水阀19，停止注浆若干小时，然后注入一定体积的胶结液；以上注浆过程重复若干次；实验结束后，去除M8螺栓9，打开顶部盖板3。

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