本发明专利技术公开了一种基于微生物技术均匀固化黏土的室内试验装置及方法，属于地基处理领域。该装置包括动力头、搅拌杆连接头、搅拌杆、搅拌头、压浆泵、输浆管、可移动的小型液压升降支架以及放置黏土试样的模型箱；搅拌杆上端通过搅拌杆连接头与动力头连接，下端连接搅拌头；动力头固定在可移动的升降支架上；搅拌杆连接头、搅拌杆和搅拌头内部均设有MICP浆液的通道。该方法基于上述装置，通过搅拌头对黏土进行搅拌，并同时采用压浆泵进行MICP灌浆。本发明专利技术能够快速、均匀地对黏土进行加固处理，一定程度上提高黏土的整体强度，为微生物固化黏土技术在实际工程中的应用提供参考依据。
【技术实现步骤摘要】
一种微生物均匀固化黏土的室内试验装置及方法
本专利技术属于地基处理领域，更具体地，涉及一种将MICP技术应用于处理黏土，从而进行微生物均匀固化黏土试验的室内试验装置及方法。
技术介绍
微生物固化(MicrobiallyInducedCalcitePrecipitation，简称MICP)技术，是近来新兴的一种地基处理技术，利用细菌中的脲酶催化尿素分解产生CO32-，进而与Ca2+结合生成碳酸钙，对土体颗粒起到一定的胶结作用，以改善土体力学性能。整个过程无污染、能耗低，并且加固效率高，受到了广泛的研究。在目前岩土工程应用中，MICP技术主要的作用对象是松散砂土。砂土有较大的孔隙体积，渗透性好，细菌菌液和胶结液(尿素和CaCl2的混合液)能够均匀地对砂土试样进行处理，经过MICP技术处理后的砂土在强度、刚度等一系列物理力学性质都有了较大的改善。黏土的孔隙体积小，渗透性极差，普通的注浆操作只能处理到表层土体，浆液无法对内部土体进行处理，因此MICP技术处理黏土的效果较差，缺乏合适的试验方法。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种微生物均匀固化黏土的室内试验方法及其装置，其目的在于，通过配置可移动的搅拌装置，结合自重固化与微生物搅拌，解决现有技术中微生物固化处理黏土均匀性较差的问题，为实际处理黏土的工程中应用MICP技术提供参考依据。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于微生物技术均匀固化黏土的室内试验装置，包括：动力头、搅拌杆连接头、旋转接头，搅拌杆、搅拌头、压浆泵、输浆管、可移动升降支架以及放置黏土试样的模型箱；动力头固定在可移动升降支架上，搅拌杆上端通过搅拌杆连接头与动力头相连接，搅拌杆下端与搅拌头连接；搅拌杆连接头侧壁上设有进浆口，进浆口通过输浆管与压浆泵连接；搅拌杆连接头、搅拌杆和搅拌头内均设有供浆液流动的通道；搅拌头下部设有搅拌叶片和喷浆口，进浆口和搅拌杆上端的浆液通道通过旋转接头连接。进一步地，搅拌杆连接头分为上下两部分，上部分相对于动力头固定不动，进浆口位于上部分的侧壁；下半部分能够相对于上半部分转动，下半部分的上端连接动力头，下端连接搅拌杆的上端，且使搅拌杆上端的通道开口位于下半部分内部；使搅拌杆上端的通道开口与进浆口通过旋转接头连接。进一步地，还包括至少一个搅拌延长杆；搅拌延长杆用于连接搅拌杆和搅拌头，搅拌延长杆内部设有供浆液流动的通道，与搅拌杆和搅拌头内的通道连通。进一步地，可移动升降支架为液压升降架，底部设有万向轮，优选地，该万向轮具有自锁结构。进一步地，搅拌头下部设有多组搅拌叶片，搅拌叶片与水平方向所呈夹角为20°～30°。进一步地，共有三组搅拌叶片由上至下环绕排列在搅拌头上，每组两个搅拌叶片，对称分布于搅拌头轴线两侧。进一步地，喷浆口位于中间层的搅拌叶片附近。进一步地，还包括控制器；动力头、压浆泵、升降支架分别与控制器电连接，控制器用于控制动力头的转速、压浆泵的压力、所述升降支架的升降速度和高度。为了实现上述目的，本专利技术还提供了基于上述室内试验装置进行均匀固化试验的方法，该方法包括以下步骤：(1)将待处理黏土填入模型箱内，填充至预定高度时，对土体表面进行抹平、静置，使待处理黏土在自重作用下充分固结；(2)根据待处理黏土的最大处理深度，调节搅拌杆长度，完成搅拌头(5)的安装；(3)调整搅拌头的高度和水平位置，使其正好位于待处理点上方；(4)准备足量的MICP浆液，并连接压浆泵和进浆口；(5)打开动力头和压浆泵，并控制升降支架以预设速率下降，进行搅拌注浆；当搅拌头降至最大处理深度时，调整动力头使得搅拌头反向旋转，调整升降支架以按照下降时的相同速率上升，进行搅拌注浆；(6)待搅拌头完成一上一下的搅拌注浆操作后，关闭动力头和压浆泵，通过升降支架将搅拌头移动至下一待处理点上方，重复步骤(5)直至全部搅拌完成。进一步地，MICP浆液由细菌菌液、尿素和CaCl2溶液等体积混合组成；细菌菌液的OD600在0.5～2之间，尿素溶液浓度在0.5～2mol/L之间，CaCl2溶液浓度在0.5～2mol/L之间。总体而言，本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)通过对注入MICP浆液的土体进行强制搅拌，使得浆液分布更加均匀，后续微生物固化过程也更加均匀，利于土体强度的改善；(2)在搅拌头一下一上的过程中，便完成了两次搅拌注浆操作，不用等待浆液进行渗透，效率较高；(3)通过搅拌土体进行注浆，能够对普通注浆操作较难处理的渗透性较差的土体进行微生物固化处理，适用性强；(4)本专利技术的装置可以重复利用。附图说明图1为本专利技术提供的微生物均匀固化黏土的室内试验装置整体结构示意图；图2为本专利技术提供的微生物均匀固化黏土的室内试验装置中搅拌杆和搅拌头的放大结构正视图；图3为本专利技术提供的微生物均匀固化黏土的室内试验装置中搅拌杆和搅拌头的放大结构侧视图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：动力头1、搅拌杆连接头2、搅拌杆3、搅拌延长杆4、搅拌头5、搅拌叶片6、压浆泵7、输浆管8、可移动的小型液压升降支架9、放置黏土试样的模型箱10、喷浆口11、进浆口12。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。图1示出了本专利技术提供的微生物均匀固化黏土的室内试验装置整体结构示意图；图2示出了本专利技术提供的微生物均匀固化黏土的室内试验方法中搅拌杆和搅拌头的放大结构示意图。如图1和图2所示，本具体实施例提供了微生物均匀固化黏土的室内试验方法，整套装置包括：动力头1、搅拌杆连接头2、搅拌杆3、搅拌延长杆4、搅拌头5、搅拌叶片6、压浆泵7、输浆管8、可移动的小型液压升降支架9以及放置黏土试样的模型箱10，动力头1固定在升降支架9上，搅拌杆3上端通过搅拌杆连接头2与动力头相连接，搅拌延长杆4下端与搅拌头5相连接，搅拌杆连接头2上侧壁的进浆口12通过输浆管8与压浆泵7连接，搅拌杆连接头2、搅拌杆3、搅拌延长杆4和搅拌头5内均设有供浆液流动的通道，搅拌头5下部设有搅拌叶片6和喷浆口11。搅拌杆连接头2分为上下两部分，上部分内部设有浆液通道，进浆口12位于上部分侧壁上，浆液通道出口位于上部分接头底部正中心，并与下部搅拌杆的浆液通道相连接，在动力头1作用下，搅拌杆连接头2上部分保持静止。搅拌杆连接头2下部分与搅拌杆3相连，在动力头1的作用下，带动搅拌杆3、搅拌延长杆4和搅拌头5一起转动。图2示出了本专利技术提供的微生物均匀固化黏土的室内试验装置中搅拌杆和搅拌头的放大结构示意图。如图2所示，搅拌杆分为两种：搅拌杆3和搅拌延长杆4。其中搅拌杆3上部为扩大头，扩大头侧壁设有数道凹槽，以连接搅拌杆连接头，同时下部通过螺栓与下侧搅拌延长杆4相连接；搅拌延长杆4内部为贯通的浆液通道，并且浆液通道在扩大头上方继续延伸，直到与搅拌杆连接头2上部分底部的浆液通道出口相接；搅拌延长杆4内置上下贯通的浆液通道，在实际操作中，可通本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于微生物技术均匀固化黏土的室内试验装置，其特征在于，包括：动力头(1)、搅拌杆连接头(2)、旋转接头，搅拌杆(3)、搅拌头(5)、压浆泵(7)、输浆管(8)、可移动升降支架(9)以及放置黏土试样的模型箱(10)；动力头(1)固定在可移动升降支架(9)上，搅拌杆(3)上端通过搅拌杆连接头(2)与动力头(1)相连接，搅拌杆(3)下端与搅拌头(5)连接；搅拌杆连接头(2)侧壁上设有进浆口(12)，进浆口(12)通过输浆管(8)与压浆泵(7)连接；搅拌杆连接头(2)、搅拌杆(3)和搅拌头(5)内均设有供浆液流动的通道；搅拌头(5)下部设有搅拌叶片(6)和喷浆口(11)，进浆口(12)和搅拌杆(3)上端的浆液通道通过旋转接头连接。
【技术特征摘要】
1.一种基于微生物技术均匀固化黏土的室内试验装置，其特征在于，包括：动力头(1)、搅拌杆连接头(2)、旋转接头，搅拌杆(3)、搅拌头(5)、压浆泵(7)、输浆管(8)、可移动升降支架(9)以及放置黏土试样的模型箱(10)；动力头(1)固定在可移动升降支架(9)上，搅拌杆(3)上端通过搅拌杆连接头(2)与动力头(1)相连接，搅拌杆(3)下端与搅拌头(5)连接；搅拌杆连接头(2)侧壁上设有进浆口(12)，进浆口(12)通过输浆管(8)与压浆泵(7)连接；搅拌杆连接头(2)、搅拌杆(3)和搅拌头(5)内均设有供浆液流动的通道；搅拌头(5)下部设有搅拌叶片(6)和喷浆口(11)，进浆口(12)和搅拌杆(3)上端的浆液通道通过旋转接头连接。2.如权利要求1所述的一种基于微生物技术均匀固化黏土的室内试验装置，其特征在于，搅拌杆连接头(2)分为上下两部分，上部分相对于动力头(1)固定不动，进浆口(12)位于上部分的侧壁；下半部分能够相对于上半部分转动，下半部分的上端连接动力头(1)，下端连接搅拌杆(3)的上端，且使搅拌杆(3)上端的通道开口位于下半部分内部；使搅拌杆(3)上端的通道开口与进浆口(12)通过旋转接头连接。3.如权利要求1或2所述的一种基于微生物技术均匀固化黏土的室内试验装置，其特征在于，还包括至少一个搅拌延长杆(4)；搅拌延长杆(4)用于连接搅拌杆(3)和搅拌头(5)，搅拌延长杆(4)内部设有供浆液流动的通道，与搅拌杆(3)和搅拌头(5)内的通道连通。4.如权利要求1～3任意一项所述的一种基于微生物技术均匀固化黏土的室内试验装置，其特征在于，可移动升降支架(9)为液压升降架，底部设有万向轮，优选地，该万向轮具有自锁结构。5.如权利要求1～4任意一项所述的一种基于微生物技术均匀固化黏土的室内试验装置，其特征在于，搅拌头(5)下部设有多组搅拌叶片(6)，搅拌叶片(6)与水平方向所呈夹角为20...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑俊杰，宋杨，吴超传，章荣军，崔明娟，张君洁，曾晨，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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