一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置及使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置及使用方法。一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置，包括装置底座、模具筒、套管、注浆管和弯曲元传感器。装置底座安装到直剪仪上，装置底座上安装有模具筒。模具筒的外壁上设置有若干弯曲元传感器，模具筒下端设置有若干贯穿其侧壁的排液管。模具筒的内部竖直设置有若干套管，套管的上设置有若干通孔，套管与模具筒之间填充有粗粒土。若干注浆管的下端插入对应的套管，上端均与导液管连接，导液管分别与微生物溶液池和反应液池连接。本发明专利技术方便组装及分离，可配制粗粒土粒径范围大，可操作性强，采用饱和注浆与静置反应相结合的方法，提高了反应液的利用率。

A large-scale direct shear test sample making device and its application method for microbial reinforcement of coarse-grained soil

【技术实现步骤摘要】
一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置及使用方法
本专利技术涉及地基处理
，具体涉及一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置及使用方法。
技术介绍
我国粗粒土分布广泛，其粒径范围一般为0.075-60mm，粗粒土地基或边坡颗粒松散，粒径较大，抗冲刷能力差、物理力学性能欠佳，在强震、高应力等复杂应力条件下粗粒土易失稳引发滑坡、泥石流等灾害。工程建设中需要对粗粒土的抗剪强度进行评估，常规的抗剪强度试验如三轴、扭剪、直剪等由于试样尺寸较小，对颗粒最大粒径要求较高(一般而言不超过2mm)，不适用于测定粗粒土的抗剪强度。工程上常通过大型直剪试验得到粗粒土的抗剪强度指标。微生物加固技术是近年兴起的新型岩土加固技术，与传统的水泥或化学注浆技术相比，该技术具有施工扰动小，注浆压力小、传输半径大、固化反应时间短等优点。微生物加固属于原位处理方法，粗粒土胶结体的强度指标需要通过试验确定。然而，微生物加固胶结强度远低于水泥拌合物强度，现场取样存在困难。按常规思路，先在大型直剪试样盒中进行微生物加固，加固完成后对胶结体剪切测量强度，但是由于微生物加固会产生腐蚀金属的副产品，损坏试样盒，生成的锈蚀物填充在土样与试样之间影响抗剪强度的测定，导致现场加固设计出现偏差。此外微生物加固程度在试验前需要进行评估，而传统的直剪试验制样装置无法用于微生物胶结体大型直剪试验，亦不能对加固程度进行评估，有必要开发适用于微生物加固粗粒土大型直剪试验的制样装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置及使用方法。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置，包括装置底座、承样底座、模具筒、套管、注浆管、弯曲元传感器、蠕动泵、微生物溶液池和反应液池。所述装置底座安装到直剪仪上，装置底座上安装有承样底座，承样底座上安装有模具筒。所述模具筒的外壁上设置有若干弯曲元传感器，模具筒下端设置有若干贯穿其侧壁的排液管。所述模具筒的内部竖直设置有若干套管，套管的上端敞口，下端封闭，套管的管壁上设置有若干通孔。若干所述注浆管的下端分别插入对应的套管内，上端均与导液管连接。所述导液管分别与微生物溶液池和反应液池连接，生物溶液池和反应液池内的液体均通过蠕动泵和导液管排入注浆管。进一步，所述模具筒为上端敞口且内部中空的圆柱体，该圆柱体由两片对开模拼接而成。将内部中空的圆柱体沿轴线方向平分得到两片所述对开模，这两片对开模接壤处的外壁上均设置有固定板，固定板的两端与对开模的轴向两端齐平。两片对开模上的固定板通过螺栓连接，连接处进行密封处理。进一步，每片所述对开模的下端均设置有四个贯穿其侧壁的排液管。每片所述对开模的外壁上均设置有三个弯曲元传感器，三个弯曲元传感器沿对开模的长度方向等间距布置。进一步，所述模具筒内部填充有粗粒土，振捣器对粗粒土进行振捣。进一步，所述套管的下端呈圆锥状，套管的上段、中段和下段分别记为上部、中部和下部，上部、中部和下部的长度均为套管长度的三分之一。所述上部的管壁上设置有若干个通孔组Ⅰ，每个通孔组Ⅰ包括M个在同一水平面上的通孔，这M个通孔沿套管管径方向均匀布置，2≤M≤4。若干所述通孔组Ⅰ沿上部的轴向等间距布置。所述中部的管壁上设置有若干个通孔组Ⅱ，每个通孔组Ⅱ包括N个在同一水平面上的通孔，这N个通孔沿套管管径方向均匀布置，4≤N≤6。若干所述通孔组Ⅱ沿中部的轴向等间距布置。所述下部的管壁上设置有若干个通孔组Ⅲ，每个通孔组Ⅲ包括L个在同一水平面上的通孔，这L个通孔沿套管管径方向均匀布置，6≤L≤8。若干所述通孔组Ⅲ沿下部的轴向等间距布置。基于上述的一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置的使用方法，包括以下步骤：1)拆除所述直剪仪原有的底座，将装置底座通过螺栓固定在直剪仪上，并在装置底座上安装承样底座。2)将两片所述对开模通过螺栓固定在承样底座，两片对开模上的固定板通过螺栓连接并再使用密封胶密封，完成模具筒的拼装。3)将若干所述套管垂直放置在模具筒中的预定位置，按照预定级配配制粗粒土并均匀混合，分层装入套管与模具筒之间，每层土样采用振捣器进行压实，装填完成后整平试样表面。4)配制巴氏芽孢杆菌微生物溶液，微生物溶液培养时间为12～24小时，OD600取值范围为0.6～2.0，并将微生物溶液装入所述微生物溶液池，溶液保存温度为4℃。5)采用浓度为11.1～222g/L的氯化钙溶液和浓度为36～120g/L的尿素溶液混合配制反应液，并装入所述反应液池。其中，所述氯化钙溶液和尿素溶液的体积比为1:1～1:3，浓度比为1:1～1:6，反应液保存温度为10℃。6)关闭所述排液管，将若干注浆管插入对应的套管中。7)通过所述蠕动泵从注浆管注入1～1.5倍孔隙体积的微生物溶液。其中，所述微生物溶液注入过程中采用逐步提升注浆管的方式。8)所述微生物溶液注浆完成后，静置0.5～3小时，打开所述排液管，将微生物溶液排除。9)再次关闭所述排液管，通过蠕动泵从注浆管注入1～1.3倍孔隙体积的反应液。其中，所述反应液注入过程中采用逐步提升注浆管的方式，逐层加固粗粒土层。10)所述反应液注浆完成后，静置6～24小时，打开所述排液管，将反应液排除。11)重复步骤7)、8)、9)、10)三次，检测所述排液管排出的反应液中钙离子的浓度，若钙离子的浓度小于预定值，则试样加固完成，进行步骤12)。若钙离子的浓度大于等于预定值，则继续重复步骤7)、8)、9)、10)，直至排出的反应液中钙离子的浓度小于预定值。12)通过所述蠕动泵从注浆管注入10倍以上孔隙体积的去离子水，通过排液管排出试样内部残余的反应液和微生物溶液。13)试样静置6～24小时后，将所述弯曲元传感器固定在对开模侧壁上，通过弯曲元传感器检测不同区域粗粒土层的剪切波速，评估微生物对于粗粒土的加固程度。14)拆除所述对开模和套管，整平微生物加固后的粗粒土5的表面，套上直剪仪剪切盒进行直剪试验。本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术的模具筒采用对开模设计方法，方便组装及分离，制样装置底座与直剪仪底座规格相同，可直接将模具筒安装在直剪仪上，避免微生物粗加固粒土过程对加固试样造成扰动、破坏，从而保证试样结构的完整性；2.本专利技术提供的粗粒土制样装置，可配制粗粒土粒径范围为0.075-60mm，粒径范围大，可操作性强；3.通过孔数随深度增加而增加的PVC套管，配合可升降注浆管，逐层加固粗粒土试样,使得胶结形成的粗粒土试样沿高度方向具有很好的均匀性和完整性；4.在灌注加固液的过程中采用饱和注浆与静置反应相结合的方法，保证化学反应过程在试样内部充分、均匀的进行，该方法提高了反应液的利用率，同时使加固试样的均匀性更好；5.结合采用弯曲元测试系统，检测不同区域的剪切波速，可以对微生物加固粗粒土的加固程度进行评估。附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置，其特征在于：包括所述装置底座(1)、承样底座(2)、模具筒(3)、套管(6)、注浆管(7)、弯曲元传感器(8)、蠕动泵(10)、微生物溶液池(11)和反应液池(12)；/n所述装置底座(1)安装到直剪仪上，装置底座(1)上安装有承样底座(2)，承样底座(2)上安装有模具筒(3)；所述模具筒(3)的外壁上设置有若干弯曲元传感器(8)，模具筒(3)下端设置有若干贯穿其侧壁的排液管(4)；/n所述模具筒(3)的内部竖直设置有若干套管(6)，套管(6)的上端敞口，下端封闭，套管(6)的管壁上设置有若干通孔；/n若干所述注浆管(7)的下端分别插入对应的套管(6)内，上端均与导液管(9)连接；所述导液管(9)分别与微生物溶液池(11)和反应液池(12)连接，生物溶液池(11)和反应液池(12)内的液体均通过蠕动泵(10)和导液管(9)排入注浆管(7)。/n

【技术特征摘要】
1.一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置，其特征在于：包括所述装置底座(1)、承样底座(2)、模具筒(3)、套管(6)、注浆管(7)、弯曲元传感器(8)、蠕动泵(10)、微生物溶液池(11)和反应液池(12)；
所述装置底座(1)安装到直剪仪上，装置底座(1)上安装有承样底座(2)，承样底座(2)上安装有模具筒(3)；所述模具筒(3)的外壁上设置有若干弯曲元传感器(8)，模具筒(3)下端设置有若干贯穿其侧壁的排液管(4)；
所述模具筒(3)的内部竖直设置有若干套管(6)，套管(6)的上端敞口，下端封闭，套管(6)的管壁上设置有若干通孔；
若干所述注浆管(7)的下端分别插入对应的套管(6)内，上端均与导液管(9)连接；所述导液管(9)分别与微生物溶液池(11)和反应液池(12)连接，生物溶液池(11)和反应液池(12)内的液体均通过蠕动泵(10)和导液管(9)排入注浆管(7)。


2.根据权利要求1所述的一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置，其特征在于：所述模具筒(3)为上端敞口且内部中空的圆柱体，该圆柱体由两片对开模(301)拼接而成；
将内部中空的圆柱体沿轴线方向平分得到两片所述对开模(301)，这两片对开模(301)接壤处的外壁上均设置有固定板(3011)，固定板(3011)的两端与对开模(301)的轴向两端齐平；两片对开模(301)上的固定板(3011)通过螺栓连接，连接处进行密封处理。


3.根据权利要求2所述的一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置，其特征在于：每片所述对开模(301)的下端均设置有四个贯穿其侧壁的排液管(4)；每片所述对开模(301)的外壁上均设置有三个弯曲元传感器(8)，三个弯曲元传感器(8)沿对开模(301)的长度方向等间距布置。


4.根据权利要求1所述的一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置，其特征在于：所述模具筒(3)内部填充有粗粒土(5)，振捣器(18)对粗粒土(5)进行振捣。


5.根据权利要求1所述的一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置，其特征在于：所述套管(6)的下端呈圆锥状，套管(6)的上段、中段和下段分别记为上部(601)、中部(602)和下部(603)，上部(601)、中部(602)和下部(603)的长度均为套管(6)长度的三分之一；
所述上部(601)的管壁上设置有若干个通孔组Ⅰ，每个通孔组Ⅰ包括M个在同一水平面上的通孔，这M个通孔沿套管(6)管径方向均匀布置，2≤M≤4；若干所述通孔组Ⅰ沿上部(601)的轴向等间距布置；
所述中部(602)的管壁上设置有若干个通孔组Ⅱ，每个通孔组Ⅱ包括N个在同一水平面上的通孔，这N个通孔沿套管(6)管径方向均匀布置，4≤N≤6；若干所述通孔组Ⅱ沿中部(602)的轴向等间距布置；
所述下部(603)的管壁上设置有...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙增春，肖杨，孙越，孟敏强，何想，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50