[发明专利]一种可变多功能灌浆加固地基的实验设备及方法

权利要求书

1.一种可变多功能灌浆加固地基的实验设备，其特征在于，该可变多功能灌浆加固地基的实验设备包括试样器(1)、法兰盘(2)、端部圆盘(5)、PVC硬板、胶皮软管(9)、止水阀(23)、三通、宝塔接头(21)、出流液收集器、微生物液贮液器(17)、胶结液贮液器(18)、蠕动泵(19)和方向控制器(20)；

所述试样器(1)内部放置与其内壁紧贴的PVC硬板，便于试验完成后的取样；试样器(1)的上、下端部与法兰盘(2)固接，确保法兰盘(2)内径与试样器(1)内径一致；在法兰盘(2)外边缘内一定距离处均匀设置4个螺纹孔，用于法兰盘(2)与端部圆盘(5)或其他试样器(1)的连接；法兰盘(2)上设置密封圈槽，用于放置密封圈；通过螺栓将多个试样器(1)连接起来，实现不同试样尺寸的MICP加固土体研究；端部圆盘(5)的外径与法兰盘(2)外径相同，中间设置有通孔；通孔上安装有三通，作为注浆口或出浆口；三通的单口端旋入端部圆盘(5)内，双口端出露于端部圆盘(5)外；

设置高度可变支架以实现土体试样的可变分层饱和度；可变支架由支架底座(10)、支架杆(11)、可升降平台(12)以及固定横杆(13)组成；支架杆(11)与支架底座(10)固定连接；可升降平台(12)以及固定横杆(13)分别与支架杆(11)通过松紧螺栓(14)连接；旋转松紧螺栓(14)固定或调节可升降平台(12)以及固定横杆(13)；可升降平台(12)上放置出流液收集器，用于收集从试样器(1)中排出的孔隙液；3mm内径胶皮软管(9)的一端固定在固定横杆(13)上；胶皮软管(9)的另一端连接试样器(1)出浆口的三通，作为出浆液的输送通道；通过调节固定横杆(13)的高度，胶皮软管(9)端口的高度也随之升降，当端口高度高于试样上表面时，土体一直处于饱和状态，当端口高度低于试样上表面时，土体处于非饱和状态；

微生物液贮液器(17)以及胶结液贮液器(18)分别用于存放微生物液和胶结液；3mm内径胶皮软管(9)一端放入注浆液中，另一端穿过蠕动泵(19)的泵头与主体部分端部圆盘(5)上的三通相连；蠕动泵(19)用于输送注浆液，其可控制输送液体的流速及流量，且具有定时注浆功能，因此可控制灌浆速率及注浆时间等；蠕动泵(19)采用多通道泵头；将输送微生物液与输送胶结液的3mm内径胶皮软管(9)分别置于蠕动泵(19)泵头的不同通道内，实现微生物液与胶结液的分时分通道注浆，避免碳酸钙在管道内生成；

为了便于随时变换注浆方向，在蠕动泵(19)与注浆口之间的3mm内径胶皮软管(9)上设置方向控制器(20)；该方向控制器由两个宝塔接头(21)以及5mm内径胶皮软管(9)组成，宝塔接头的大直径端分别置于胶皮软管内；方向控制器(20)的一端连接蠕动泵(19)，另一端连接注浆口的3mm内径胶皮软管(9)，实现整个输运通道的连通；在方向控制器(20)和蠕动泵(19)之间的胶皮软管(9)，方向控制器(20)与注浆口之间的胶皮软管(9)，以及连接出浆口的胶皮软管(9)上各设置一个止水阀(23)；在转换注浆方向时，打开各止水阀(23)即可阻止试样器(1)中土体孔隙液的流出，解决了注浆方向转换时试样容易被扰动的问题；通过控制各注浆通道上止水阀(23)的开闭时间，在方向控制器处调整各注浆通道的连通顺序，即可实现微生物液与胶结液的同、分时及实时变换注浆方向的组合注浆过程；

试样器侧壁上设置取样系统，用于在试验过程中定时提取试样中的孔隙液，监测土体中发生的MICP过程；在试样器(1)的侧壁上对称设置两排通孔；通孔沿试样器长度方向均匀设置，每排4个；通孔中旋入宝塔接头(21)；宝塔接头(21)的另一侧连接胶皮软管(9)；胶皮软管(9)上设置有止水阀(23)；取样时，关闭止水阀(23)，孔隙液流出，取样后打开止水阀(23)，取样系统关闭。

2.一种可变多功能灌浆加固地基的实验方法，其特征在于，步骤如下：

在试样器(1)底部设置过滤层，具体：先放置一个直径与试样器(1)内径相同的、孔径为1mm的圆形不锈钢网片，然后装入粒径1cm的砂砾，砂砾层厚度为2cm，用于缓冲注浆液；砂砾层顶部也放置一个不锈钢网片，防止砂砾进入注浆口以及土体试样流失；利用湿装法分三层将待加固土体按照设置的土体参数装入试样器(1)中；土体上部设置与试样器(1)底部一样的过滤层；用螺栓固定试样器(1)上部的法兰盘(2)与端部圆盘(5)；连接注浆系统，连接蠕动泵(19)上的胶皮软管(9)至试样器(1)底部，关闭各止水阀(23)，从下往上向试样器(1)中注入过量的蒸馏水使土体饱和；连接微生物液注浆通道与胶结液注浆通道；按照设定的方案设置蠕动泵(19)注浆参数；打开蠕动泵(19)，按照实验方案设置的注浆量，先注入微生物液；为了充分利用微生物的活性，提高化学离子利用率，在注入微生物液之后，间歇4h，使微生物充分吸附到砂砾中；之后按照实验方案的设置，注入反应液，其中反应液由0.5M的氯化钙和尿素组成；反应液注浆完成后，间歇4h，作为一个注浆循环；进行多次注浆循环，或者按照实验方案在注浆循环内或者注浆循环之间调整微生物液或胶结液的注浆方向以及注浆参数等；同时，在注浆过程中或者注浆间歇时，通过试样器(1)侧壁上的取样系统提取少量孔隙液；利用离子色谱仪，脲酶活性试验等测定孔隙液中的化学反应效率或者微生物活性；在若干次注浆循环后，土体中产生的碳酸钙沉淀在土颗粒之间产生有效胶结，将松散的土颗粒胶结成一个整体的砂柱；取出砂柱，用万能试验机测定土体的无侧限抗压强度、应力应变曲线，对MICP加固土的工程力学性能进行评价；取一定量的MICP加固砂，在60度的烘箱中烘干后利用酸洗法测定试样中的碳酸钙含量；

碳酸钙含量计算公式如下：

土样

其中C_c为碳酸钙含量，单位为：g/g土样即每单位重量土样中含有的碳酸钙重量；m₁为烘干后试样的土体总重量；m₂为酸洗并烘干后的重量。