【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于室内土工试验，具体涉及一种气体渗透联合电阻率法动态评估微生物诱导碳酸钙加固土体效果的方法及装置。
技术介绍
1、微生物诱导碳酸钙沉淀技术 (microbial induced calcite precipitation,micp)作为自然界广泛存在的生物矿化过程之一，具有环境友好和可持续的优点。micp借助脲酶菌的代谢行为在土体中反应生成碳酸钙沉淀，存在形式为方解石、球霰石和文石晶体。这种碳酸钙晶体能将松散的砂土颗粒胶结成整体，填补土壤孔隙，从而提高了土体的力学性能。micp 技术由于其具有污染小、扰动小、施工较为简便、快速高效等优势，越来越多地试用于地基处理、坡体加固、海岸防护、沿海建筑物修复等工程，是目前新兴的绿色可持续的岩土工程加固技术。
2、传统的加固土体方法需要采用先手动拌合后击实法加固土样柱，手动拌合会使全部土料与化学液体均匀混合，制备出来的土样柱各层土的加固效果趋于一样。但是各层土受扰动大，结构性存在差异，且施工过程和加固效果均与实际施工差异较大，实际施工工程中化学液体应为分层渗流到各个土层。测量加固后土样的渗透率时，需要重新利用环刀制备相同加固条件的土样，采用常水头或变水头法测试其渗透率，此过程耗时长、操作繁琐，土样制备困难，且一些测试技术为有损测试，成本高，对加固后的土体扰动太大。如果需要了解加固后土样的内部孔隙结构时，则采用sem测试技术观察表面结构，此时需要取一部分土样作为测试样本，此过程将会对加固后的土体产生一定的损伤和扰动，且测试成本较高。
3、气体渗透系数是研究非
4、土壤电阻率是表征土体导电性的基本参数，是土的固有物性参数之一，主要由土的结构特征和饱和度所决定。通过土壤电阻率的室内试验确定的土壤电阻率特性指标，分析土壤孔隙比和饱和度的变化规律，实现土体结构的定量分析，如利用电阻率与孔隙率、含水率等的相关性关系，根据电阻率的变化评价它们的变化趋势。现有的常用方法有利用伏安法或万用表测量土壤电阻，但是上述方法的测试结果会带来很多非必要的误差。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种气体渗透联合电阻率法动态评估微生物诱导碳酸钙加固土体效果的方法及装置，采用电阻率法中的对称四极电测探法对经过micp处理后的土样柱测试其电阻率，以及利用达西定律测试加固过程中土体的气体渗透性，以解决用微生物诱导碳酸钙沉淀技术对土体进行气压注浆加固等问题。
2、一种气体渗透联合电阻率法动态评估微生物诱导碳酸钙加固土体效果的方法，包括以下步骤：
3、（1）土样烘干，过筛；
4、（2）称取定量土样，在气密性良好的反应器中装填土样柱；
5、（3）往土样柱中注入巴氏芽孢杆菌菌液和胶结液，气压的压迫自上而下的向土样深处渗流，形成碳酸钙晶体；
6、（4）测试加固过程中土样柱的气体渗透系数，判断土体加固效果；
7、（5）注浆结束后采用对称四极电测探法结合数字电桥对加固后的土体进行电阻率测量，判断土体加固效果。
8、本专利技术将micp技术和电阻率测试中的对称四极电测探法以及达西定律测试气体渗透性三项技术结合到一起，在完成micp注浆后，可同时测试土样柱的电阻率和气体渗透性。主要包括：（1）土体micp气压注浆装置，并创新性的采用对称四极电测探法结合数字电桥对加固后的土体进行电阻率测量，以及用co2供气瓶测试加固过程中土样柱的气体渗透系数；（2）巴氏芽孢杆菌菌液和胶结液能够在气密性良好的反应器中自上而下地向土体深处渗流，从而使微生物能够在各层的土体中进行矿化作用，形成碳酸钙晶体对土体起到加固效果，提高土体的力学性能；（3）调节气压泵的阀门改变气压的大小，从而改变micp的注浆速率，即改变化学液体向土样柱深处和四周渗流的速率；（4）随着micp过程的进行，微生物在土体中反应生成碳酸钙沉淀方解石晶体，并填补土壤孔隙、胶结土壤颗粒形成一个整体，从而达到加固土体效果；再通过测量加固后土样的电阻率来间接反映土体内部结构特性及变化规律，进而确定土的工程力学性质，实现土体结构的定量分析，从而达到动态观测micp加固过程，以及观测土中气体运移演化机理。
9、本专利技术通过测试micp加固过程中电阻率变化评估土体的加固效果，加固效果由电阻率与气体渗透性变化关系来表征。电阻率受土体含水量、土壤吸力的影响，所以配备一对测试含水率和吸力的传感器(同时可以测试土体温度)。采用对称四极电测探法测定土壤电阻率, 可以帮助研究人员探索土壤内在性质演化，具有测试方便、连续、快捷，无损等优势，在工程地质、水文地质、电力接地工程和环境监测等多个领域得到应用。
10、进一步的，还包括步骤（6）绘制土壤的气体渗透性与电阻率关系图。
11、进一步的，步骤（4）气体渗透系数测试包括：用co2瓶提供气体，通过压力计和流量计得到气体压力和单位时间的流量；根据以下公式得出气体渗透系数：
12、
13、其中 kg为土样透气性（m2），=15.0×10-6ns/m2为二氧化碳的绝对粘度， q为气体流速(m3/s)， l土样柱的高度(m)， a为土样柱的横截面积(m2)，△ p为土样柱上表面的大气压与下腔co2压差(pa)。
14、本专利技术使用co2供气瓶测试micp加固过程中土样柱的气体渗透系数，可获得更可靠、更精确的micp加固土的渗透参数，值得推广应用。主要有以下优势:
15、（1）测试更加精确：使用气体作为渗透介质，可以通过控制阀和气体压力表更精确地控制压力梯度，确保渗透测试过程中的稳定性。而用水测试渗透性则受限于渗透水头高度的稳定控制。
16、（2）测试更加灵活：由于气体是可压缩流体，可以很方便地通过调节进口压力来改变压力梯度，从而测试土样在不同压力梯度下的渗透性能，更灵活。而使用水测试micp土样柱的渗透系数，渗透压力梯度是由渗水高度差形成的，调节压力梯度受限于水头高度的调节，对于测试不同渗透压力梯度下加固土体的渗透性能比较困难。
17、（3）避免水化效应：水会溶解和运移土壤中的一些盐分和附着在土壤表面的菌液或者胶结液，改变土壤结构，影响测试结果。使用干燥的气体可以避免这种水化效应。
18、（4）可重复性更好：气体测试结束后，气体可快速排出，土样复原性好，可重复性测试更佳。水测试可能改变土壤结构，重复测试的可靠性较差，对micp的加固会存在影响。
19、（5）测试时间短：气体具本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.气体渗透联合电阻率法动态评估微生物诱导碳酸钙加固土体效果的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述气体渗透联合电阻率法动态评估微生物诱导碳酸钙加固土体效果的方法，其特征在于，还包括步骤（6）绘制土壤的气体渗透性与电阻率关系图。
3.根据权利要求1所述气体渗透联合电阻率法动态评估微生物诱导碳酸钙加固土体效果的方法，其特征在于，步骤（4）气体渗透系数测试包括：用CO2瓶提供气体，通过压力计和流量计得到气体压力和单位时间的流量；根据以下公式得出气体渗透系数：
4.根据权利要求1所述气体渗透联合电阻率法动态评估微生物诱导碳酸钙加固土体效果的方法，其特征在于，步骤（5）中电阻率测量的方法包括：把四根外表面涂有绝缘漆的铜棒插入土样柱中，采用数字电桥应用对称四极电测探法测量土样柱的电阻大小R，根据和和以下公式得到土样柱的电阻率：
5.根据权利要求1所述气体渗透联合电阻率法动态评估微生物诱导碳酸钙加固土体效果的方法，其特征在于，步骤（3）中巴氏芽孢杆菌菌液和胶结液体积比为1：1；通过调节气压泵的阀门改变气压的大小，改变巴氏芽孢杆
6.根据权利要求1所述气体渗透联合电阻率法动态评估微生物诱导碳酸钙加固土体效果的方法，其特征在于，所述巴氏芽孢杆菌菌液的配置方法包括：按照蛋白胨10 g/L，牛肉膏10 g/L，脲素5.0 g/L，氯化钠2.5 g/L，200 mL去离子水混合配置营养液，并调节至pH=8，随后封口，放入高压蒸汽锅中灭菌45 min；待冷却后，取出，放置在无菌操作台中进行菌液接种形成巴氏芽孢杆菌菌液，并放置在恒温震荡培养箱中培养，温度设置为30℃，转速为105 r/min，培养48小时。
7.一种权利要求1所述方法使用的装置，其特征在于，包括反应器（3）、真空缸（2）、气压泵（1）、液体收集装置（4）、电极（17）、数字电桥（22）、二氧化碳发生器（23）、气体流量表（24）、气体压力表（25）、导管和导线；气压泵（1）、真空缸（2）和反应器（3）通过导管连接；反应器（3）通过导气管与气体压力表（25）、气体流量表（24）、二氧化碳发生器（23）连接；反应器（3）的下端通过软管与液体收集装置（4）连接；电极（17）插在反应器（3）内部填充的土体上，电极（17）通过导线与数字电桥（22）连接。
8.根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述电极（17）为圆形铜棒；所述圆形铜棒的两侧分别设有湿度传感器（30）和水势传感器（31）。
9.根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述反应器（3）分成上腔和下腔，所述下腔设有可拆卸的多孔过滤板（13），所述反应器（3）的筒壁上设有刻度尺（21）。
10.一种通过测试MICP加固过程中电阻率变化评估土体加固效果的方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.气体渗透联合电阻率法动态评估微生物诱导碳酸钙加固土体效果的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述气体渗透联合电阻率法动态评估微生物诱导碳酸钙加固土体效果的方法，其特征在于，还包括步骤（6）绘制土壤的气体渗透性与电阻率关系图。
3.根据权利要求1所述气体渗透联合电阻率法动态评估微生物诱导碳酸钙加固土体效果的方法，其特征在于，步骤（4）气体渗透系数测试包括：用co2瓶提供气体，通过压力计和流量计得到气体压力和单位时间的流量；根据以下公式得出气体渗透系数：
4.根据权利要求1所述气体渗透联合电阻率法动态评估微生物诱导碳酸钙加固土体效果的方法，其特征在于，步骤（5）中电阻率测量的方法包括：把四根外表面涂有绝缘漆的铜棒插入土样柱中，采用数字电桥应用对称四极电测探法测量土样柱的电阻大小r，根据和和以下公式得到土样柱的电阻率：
5.根据权利要求1所述气体渗透联合电阻率法动态评估微生物诱导碳酸钙加固土体效果的方法，其特征在于，步骤（3）中巴氏芽孢杆菌菌液和胶结液体积比为1：1；通过调节气压泵的阀门改变气压的大小，改变巴氏芽孢杆菌菌液和胶结液的注浆速率。
6.根据权利要求1所述气体渗透联合电阻率法动态评估微生物诱导碳酸钙加固土体效果的方法，其特征在于，所述巴氏芽孢杆菌菌液的配置方法包括：按照蛋白胨10 g/l，牛肉膏10 g/l，脲素5.0 g/l，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王延宁，梁本龙，黄龙剑，朱辰宇，闵新浩，
申请(专利权)人：汕头大学，
类型：发明
国别省市：
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