负压下微生物胶结细粒土的试验方法技术

本发明专利技术公开了一种负压下微生物胶结细粒土的试验方法，该试验方法采用负压固化装置完成，所述负压固化装置包括供液部分、胶结固化部分和负压抽液部分；该试验方法采用以下步骤：1)设定稳压；2)安装土样；3)饱和土样；4)建立负压值与进液流速的关系，确定胶结负压值；5)胶结准备；6)注菌；7)注胶结液；8)循环重复步骤6)～7)至少1次，在循环重复步骤6)～7)之前，打开所述阀门Ⅲ，胶结完毕。本发明专利技术能够通过调节真空度控制负压大小，从而控制菌液和胶结液在细粒土中的渗流速度，达到试验要求1‑2ml/min的稳定渗流，实现微生物诱导碳酸钙沉积技术在细粒土的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种细粒土的固化方法，特别是涉及一种负压下微生物胶结细粒土的试验方法。
技术介绍
目前，地基处理的方法常采用灌浆技术，即利用送压设备将能够固化的浆液材料通过钻孔注入地层中颗粒的间隙、土层的界面或岩层裂隙内，使其扩张、胶结、固化，以降低地层的渗透性，增强地层强度，防止地基沉降、变形，从而使土层(岩层)的力学性质和水理性质都得以改善的处理技术。传统的灌浆技术有着很多局限性，高压下注浆易破坏土体结构，且使用的灌浆材料一般含有有毒物质，对环境有很大不利影响。并且灌浆材料的粘滞性较大，灌浆半径较小，所需注浆孔较多，给施工带来很多麻烦。近年来，随着生物学、化学、力学以及材料学多学科的交叉研究，发现在自然界中某些微生物能够通过自身的生命活动产生酶，与周围环境物质发生酶化反应，然后与其他化学物质矿化形成方解石等其他胶结物质。将这种矿化机理在实验室应用研究，逐渐发展成为一种新技术，即微生物诱导碳酸钙沉积技术(MICP)。目前这种微生物诱导碳酸钙沉积技术仍是以实验室研究为主，主要是针对中细砂的胶结，由于砂的孔隙性良好且渗流路径流通，一般只需使用蠕动泵即可进行微生物灌浆。而粉土、粉质粘土等细颗粒的土，其渗透性较小，胶结液和菌液在蠕动泵的泵送下，难以在细粒土中流动。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种负压下微生物胶结细粒土的试验方法，采用该方法能够将MICP技术成功用于细粒土的矿化胶结。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种负压下微生物胶结细粒土的试验方法，该试验方法采用负压固化装置完成，所述负压固化装置包括供液部分、胶结固化部分和负压抽液部分；所述供液部分包括高度可调的供液瓶；所述胶结固化部分包括胶结试验砂柱，所述胶结试验砂柱包括装样筒体和与其密封固接的上盖和下盖，在所述上盖上设有与所述供液瓶连接的入液口和进气口，在所述入液口上设有阀门Ⅰ，在所述进气口上设有阀门Ⅱ，在所述下盖上设有出液口，在所述出液口上设有阀门Ⅲ，在所述装样筒体的下部设有透水盘，在所述透水盘上设有多个均布的针状孔，所述透水盘由环形支架支撑在所述下盖上，在所述透水盘上铺设有粗砂层Ⅱ，在所述粗砂层Ⅱ上铺设有土工布垫层Ⅱ，在所述装样筒体内设有铺设在土样上表面上的土工布垫层Ⅰ和铺设在所述土工布垫层Ⅰ上的粗砂层Ⅰ；所述负压抽液部分包括依次连接的真空储液罐、抽真空罐和真空泵，在所述真空储液罐的底部设有抽气进液口和排液口，在所述抽气进液口上设有阀门Ⅳ，在所述排液口上设有阀门Ⅴ，所述抽气进液口与所述出液口连接，在所述真空储液罐的顶部设有真空表Ⅰ和抽真空口，在所述抽真空口上设有阀门Ⅵ，所述抽真空口和所述抽真空罐的顶部通过连通管连接，在所述连通管上设有调压阀，在所述抽真空罐的顶部设有电接点真空表，所述电接点真空表控制所述真空泵的启动和关闭；该试验方法采用以下步骤：1)设定稳压:在所述真空储液罐气密性完好的情况下，打开所述阀门Ⅵ，关闭所述阀门Ⅳ和所述阀门Ⅴ，然后设定所述电接点真空表的上下限值，然后启动所述真空泵，然后通过调节所述调压阀，使所述真空储液罐内的负压值稳定为饱和土样预设负压值，所述电接点真空表的下限值大于该饱和土样预设负压值；2)安装土样:拧紧所述下盖，将所述透水盘装入所述装样筒体，在所述透水盘的上面铺设所述粗砂层Ⅱ和所述土工布垫层Ⅱ，在所述装样筒体内侧涂抹凡士林，按照试验要求的土样参数分层将土样击实至设计高度，在所述土样上铺设土工布垫层Ⅰ，在所述土工布垫层Ⅰ上铺设粗砂层Ⅰ，所述土样安装完毕，将所述上盖拧紧；3)饱和土样:3.1)调节所述供液瓶的高度，使其高于所述胶结试验砂柱，关闭所述阀门Ⅰ，然后在所述供液瓶中装入足够的自来水；3.2)打开所述阀门Ⅲ和所述阀门Ⅳ，关闭所述阀门Ⅱ，待所述真空储液罐内的负压再次稳定至饱和土样预设负压值时，打开所述阀门Ⅰ，自来水在重力和负压的作用下渗入所述土样，并最终流入所述真空储液罐；3.3)当发现有水进入所述真空储液罐时，所述土样饱和完毕，记录饱和土样所用自来水的体积，记作饱和土样用水量；4)建立负压值与进液流速的关系，确定胶结负压值:4.1)打开所述阀门Ⅱ，使所述粗砂层Ⅰ上方积存3～5cm的水柱，关闭所述阀门Ⅰ，测量下渗2cm水柱需要的时间t，获得下渗流速v，v＝2cm*砂筒底面积/t；4.2)调节所述电接点真空表的上下限值，并通过调节所述调压阀，使所述真空储液罐内的负压值稳定为某一预设负压值，然后打开所述阀门Ⅰ，重复步骤4.1)；4.3)多次循环重复步骤4.2)，记录预设负压值和与其对应的下渗流速，并绘制预设负压值-下渗流速曲线，找到试验要求下渗流速所对应的负压值作为胶结负压值；将试验要求下渗流速作为供液流速；5)胶结准备:关闭所述阀门Ⅱ；将真空储液罐内的负压值调整至步骤4)确定的胶结负压值；放空供液瓶中的自来水，准备足量菌液和胶结液；6)注菌：将菌液放入所述供液瓶，打开所述阀门Ⅰ并控制其开度，使菌液进入所述胶结试验砂柱的流速与试验要求的下渗流速相同，当进入所述胶结试验砂柱的菌液体积大于饱和土样用水量时，关闭所述阀门Ⅰ和所述阀门Ⅲ，使菌液在所述土样中静置一设定时长后，关闭所述阀门Ⅵ，打开所述阀门Ⅴ，清理出所述真空储液罐内的液体；然后关闭所述阀门Ⅴ，打开所述阀门Ⅵ，使所述真空储液罐内的负压重新稳定为胶结负压值；7)注胶结液：7.1)将胶结液放入所述供液瓶，打开所述阀门Ⅰ和所述阀门Ⅲ，控制所述阀门Ⅰ的开度，使胶结液进入所述胶结试验砂柱的流速与试验要求的下渗流速相同，当胶结液进入所述胶结试验砂柱的体积与步骤6)中所用菌液体积相等时，关闭所述阀门Ⅰ和所述阀门Ⅲ，使胶结液在土中静置一设定时长；关闭所述阀门Ⅵ，打开所述阀门Ⅴ，清理出所述真空储液罐内的液体；然后关闭所述阀门Ⅴ，打开所述阀门Ⅵ，使所述真空储液罐内的负压重新稳定为胶结负压值；7.2)重复步骤7.1)3-5次；8)循环重复步骤6)～7)至少1次，在循环重复步骤6)～7)之前，打开所述阀门Ⅲ，胶结完毕。所述供液部分包括一瓶架，所述供液瓶有两个，两个所述供液瓶采用有机玻璃制成的，在所述供液瓶的侧壁上设有沿其轴线方向设置的刻度尺，两个所述供液瓶各通过一吊绳挂在所述瓶架上，所述吊绳绕经定滑轮并缠绕在卷筒上，所述卷筒和所述滑轮均安装在所述瓶架上，在所述卷筒上设有摇柄，在所述瓶架上设有摇柄固定结构；所述入液口设有与两个所述供液瓶一一对应的两个。在所述抽真空罐的顶部设有真空表Ⅱ。所述阀门Ⅰ、所述阀门Ⅱ、所述阀门Ⅲ、所述阀门Ⅳ、所述阀门Ⅴ和所述阀门Ⅵ均采用旋塞阀。所述装样筒体是采用有机玻璃制成的，在所述装样筒体的侧壁上设有沿其轴向方向设置的刻度尺。本专利技术具有的优点和积极效果是：能够通过调节真空度控制负压大小，从而控制菌液和胶结液在细粒土中的渗流速度，达到试验要求1-2ml/min的稳定渗流，实现微生物诱导碳酸钙沉积技术在细粒土的应用。通过调节供给瓶高度和旋塞阀控制进液速度，并能配合不同尺寸的胶结试验砂柱胶结细粒土，有利于后期胶结效果检测，有效解决土体渗透性小难渗流的问题。在试验中各参数能够有效控制，便于试验变量研究，且可以自由装样和卸样，易于操作。附图说明图1为本专利技术应用的负压胶结装置的结构示意图。图中：1、瓶架，2、供液瓶，3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负压下微生物胶结细粒土的试验方法，其特征在于，该试验方法采用负压固化装置完成，所述负压固化装置包括供液部分、胶结固化部分和负压抽液部分；所述供液部分包括高度可调的供液瓶；所述胶结固化部分包括胶结试验砂柱，所述胶结试验砂柱包括装样筒体和与其密封固接的上盖和下盖，在所述上盖上设有与所述供液瓶连接的入液口和进气口，在所述入液口上设有阀门Ⅰ，在所述进气口上设有阀门Ⅱ，在所述下盖上设有出液口，在所述出液口上设有阀门Ⅲ，在所述装样筒体的下部设有透水盘，在所述透水盘上设有多个均布的针状孔，所述透水盘由环形支架支撑在所述下盖上，在所述透水盘上铺设有粗砂层Ⅱ，在所述粗砂层Ⅱ上铺设有土工布垫层Ⅱ，在所述装样筒体内设有铺设在土样上表面上的土工布垫层Ⅰ和铺设在所述土工布垫层Ⅰ上的粗砂层Ⅰ；所述负压抽液部分包括依次连接的真空储液罐、抽真空罐和真空泵，在所述真空储液罐的底部设有抽气进液口和排液口，在所述抽气进液口上设有阀门Ⅳ，在所述排液口上设有阀门Ⅴ，所述抽气进液口与所述出液口连接，在所述真空储液罐的顶部设有真空表Ⅰ和抽真空口，在所述抽真空口上设有阀门Ⅵ，所述抽真空口和所述抽真空罐的顶部通过连通管连接，在所述连通管上设有调压阀，在所述抽真空罐的顶部设有电接点真空表，所述电接点真空表控制所述真空泵的启动和关闭；该试验方法采用以下步骤：1)设定稳压在所述真空储液罐气密性完好的情况下，打开所述阀门Ⅵ，关闭所述阀门Ⅳ和所述阀门Ⅴ，然后设定所述电接点真空表的上下限值，然后启动所述真空泵，然后通过调节所述调压阀，使所述真空储液罐内的负压值稳定为饱和土样预设负压值，所述电接点真空表的下限值大于该饱和土样预设负压值；2)安装土样拧紧所述下盖，将所述透水盘装入所述装样筒体，在所述透水盘的上面铺设所述粗砂层Ⅱ和所述土工布垫层Ⅱ，在所述装样筒体内侧涂抹凡士林，按照试验要求的土样参数分层将土样击实至设计高度，在所述土样上铺设土工布垫层Ⅰ，在所述土工布垫层Ⅰ上铺设粗砂层Ⅰ，所述土样安装完毕，将所述上盖拧紧；3)饱和土样3.1)调节所述供液瓶的高度，使其高于所述胶结试验砂柱，关闭所述阀门Ⅰ，然后在所述供液瓶中装入足够的自来水；3.2)打开所述阀门Ⅲ和所述阀门Ⅳ，关闭所述阀门Ⅱ，待所述真空储液罐内的负压再次稳定至饱和土样预设负压值时，打开所述阀门Ⅰ，自来水在重力和负压的作用下渗入所述土样，并最终流入所述真空储液罐；3.3)当发现有水进入所述真空储液罐时，所述土样饱和完毕，记录饱和土样所用自来水的体积，记作饱和土样用水量；4)建立负压值与进液流速的关系，确定胶结负压值4.1)打开所述阀门Ⅱ，使所述粗砂层Ⅰ上方积存3～5cm的水柱，关闭所述阀门Ⅰ，测量下渗2cm水柱需要的时间t，获得下渗流速v，v＝2cm*砂筒底面积/t；4.2)调节所述电接点真空表的上下限值，并通过调节所述调压阀，使所述真空储液罐内的负压值稳定为某一预设负压值，然后打开所述阀门Ⅰ，重复步骤4.1)；4.3)多次循环重复步骤4.2)，记录预设负压值和与其对应的下渗流速，并绘制预设负压值‑下渗流速曲线，找到试验要求下渗流速所对应的负压值作为胶结负压值；将试验要求下渗流速作为供液流速；5)胶结准备关闭所述阀门Ⅱ；将真空储液罐内的负压值调整至步骤4)确定的胶结负压值；放空供液瓶中的自来水，准备足量菌液和胶结液；6)注菌将菌液放入所述供液瓶，打开所述阀门Ⅰ并控制其开度，使菌液进入所述胶结试验砂柱的流速与试验要求的下渗流速相同，当进入所述胶结试验砂柱的菌液体积大于饱和土样用水量时，关闭所述阀门Ⅰ和所述阀门Ⅲ，使菌液在所述土样中静置一设定时长后，关闭所述阀门Ⅵ，打开所述阀门Ⅴ，清理出所述真空储液罐内的液体；然后关闭所述阀门Ⅴ，打开所述阀门Ⅵ，使所述真空储液罐内的负压重新稳定为胶结负压值；7)注胶结液7.1)将胶结液放入所述供液瓶，打开所述阀门Ⅰ和所述阀门Ⅲ，控制所述阀门Ⅰ的开度，使胶结液进入所述胶结试验砂柱的流速与试验要求的下渗流速相同，当胶结液进入所述胶结试验砂柱的体积与步骤6)中所用菌液体积相等时，关闭所述阀门Ⅰ和所述阀门Ⅲ，使胶结液在土中静置一设定时长；关闭所述阀门Ⅵ，打开所述阀门Ⅴ，清理出所述真空储液罐内的液体；然后关闭所述阀门Ⅴ，打开所述阀门Ⅵ，使所述真空储液罐内的负压重新稳定为胶结负压值；7.2)重复步骤7.1)3‑5次；8)循环重复步骤6)～7)至少1次，在循环重复步骤6)～7)之前，打开所述阀门Ⅲ，胶结完毕。...

【技术特征摘要】
1.一种负压下微生物胶结细粒土的试验方法，其特征在于，该试验方法采用负压固化装置完成，所述负压固化装置包括供液部分、胶结固化部分和负压抽液部分；所述供液部分包括高度可调的供液瓶；所述胶结固化部分包括胶结试验砂柱，所述胶结试验砂柱包括装样筒体和与其密封固接的上盖和下盖，在所述上盖上设有与所述供液瓶连接的入液口和进气口，在所述入液口上设有阀门Ⅰ，在所述进气口上设有阀门Ⅱ，在所述下盖上设有出液口，在所述出液口上设有阀门Ⅲ，在所述装样筒体的下部设有透水盘，在所述透水盘上设有多个均布的针状孔，所述透水盘由环形支架支撑在所述下盖上，在所述透水盘上铺设有粗砂层Ⅱ，在所述粗砂层Ⅱ上铺设有土工布垫层Ⅱ，在所述装样筒体内设有铺设在土样上表面上的土工布垫层Ⅰ和铺设在所述土工布垫层Ⅰ上的粗砂层Ⅰ；所述负压抽液部分包括依次连接的真空储液罐、抽真空罐和真空泵，在所述真空储液罐的底部设有抽气进液口和排液口，在所述抽气进液口上设有阀门Ⅳ，在所述排液口上设有阀门Ⅴ，所述抽气进液口与所述出液口连接，在所述真空储液罐的顶部设有真空表Ⅰ和抽真空口，在所述抽真空口上设有阀门Ⅵ，所述抽真空口和所述抽真空罐的顶部通过连通管连接，在所述连通管上设有调压阀，在所述抽真空罐的顶部设有电接点真空表，所述电接点真空表控制所述真空泵的启动和关闭；该试验方法采用以下步骤：1)设定稳压在所述真空储液罐气密性完好的情况下，打开所述阀门Ⅵ，关闭所述阀门Ⅳ和所述阀门Ⅴ，然后设定所述电接点真空表的上下限值，然后启动所述真空泵，然后通过调节所述调压阀，使所述真空储液罐内的负压值稳定为饱和土样预设负压值，所述电接点真空表的下限值大于该饱和土样预设负压值；2)安装土样拧紧所述下盖，将所述透水盘装入所述装样筒体，在所述透水盘的上面铺设所述粗砂层Ⅱ和所述土工布垫层Ⅱ，在所述装样筒体内侧涂抹凡士林，按照试验要求的土样参数分层将土样击实至设计高度，在所述土样上铺设土工布垫层Ⅰ，在所述土工布垫层Ⅰ上铺设粗砂层Ⅰ，所述土样安装完毕，将所述上盖拧紧；3)饱和土样3.1)调节所述供液瓶的高度，使其高于所述胶结试验砂柱，关闭所述阀门Ⅰ，然后在所述供液瓶中装入足够的自来水；3.2)打开所述阀门Ⅲ和所述阀门Ⅳ，关闭所述阀门Ⅱ，待所述真空储液罐内的负压再次稳定至饱和土样预设负压值时，打开所述阀门Ⅰ，自来水在重力和负压的作用下渗入所述土样，并最终流入所述真空储液罐；3.3)当发现有水进入所述真空储液罐时，所述土样饱和完毕，记录饱和土样所用自来水的体积，记作饱和土样用水量；4)建立负压值与进液流速的关系，确定胶结负压值4.1)打开所述阀门Ⅱ，使所述粗砂层Ⅰ上方积存3～5cm的水柱，关闭所述阀门Ⅰ，测量下渗2cm水柱需要的时...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺小青，闫玥，练继建，徐宏殷，唐阳，吴昊潼，王昶力，车振宁，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12