[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

说明书

本发明属于地基加固技术领域，提供了一种可变多功能灌浆加固地基的实验设备及方法。通过设置方向控制器、灵活可调的移动支架及带有密封圈槽的法兰盘，在一个实验设备中实现了土体试样高度可变，分时、分通道的反应液与微生物液注浆，在不扰动试样的前提下随时转换注浆方向，以及可控土体分层饱和度等多种功能。该实验设备不局限于一种注浆程序，注浆液参数、单一土体性能的研究工作，其可以满足多种注浆程序，注浆液以及土体条件下的MICP加固土体实验研究。整个实验设备制造简单，功能齐全，考虑全面，便于操作，对推进MICP加固地基的相关研究具有重要意义。

技术领域

本发明属于地基加固技术领域，尤其是开发了一种可用于灌浆加固地基的可变多功能灌浆实验设备及方法。

背景技术

随着世界人口的迅速增长以及城市化发展的不断推进，基础设施工程的建设仍然面临巨大需求。在建筑施工之前，软土地基需要被加固，以满足建筑物对承载力的要求。灌浆法是一种有效的地基加固方法，通过向土体中灌注浆液，土颗粒间产生胶结，土体强度有效提高。传统的胶结材料以水泥浆或者化学浆液为主。由于水泥浆液的高粘性，其常用于粗粒砂或者砾石的灌浆加固。对于颗粒粒径较小的土体，水泥浆的灌注比较困难，需要较高的灌浆压力，甚至会导致土体的劈裂破坏。化学浆液虽然具有较好的可灌入性，但是其往往含有一定的毒性，灌浆后会污染周围土体及地下水，严重威胁人民生命健康。

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)作为一种绿色、高效的生物矿化技术，已经被成功应用于地基加固中。其通过微生物的活性分解尿素，产生碳酸根，并提高溶液的pH值，使溶液呈现碱性。在钙离子的存在下，尿素分解生成的碳酸根会与钙离子反应生成碳酸钙。在土体中生成的碳酸钙填充在土体孔隙中或在土颗粒间产生胶结，提高土体的承载力。其中，注浆方法对MICP加固土体的效果影响很大。其次，探究MICP反应过程对揭示MICP加固土体的作用机理，优化MICP灌浆加固技术至关重要。

然而目前大多数关于MICP加固地基的实验设备结构单一，难以同时考虑注浆程序，如微生物、胶结液注浆方向与速率等多注浆参数对MICP加固土体的耦合影响。此外，在模型试验中，尺寸效应也是影响实验结果的因素之一。但现存的实验设备很少考虑自身尺寸的可变性。另外，大多数的灌浆实验设备，无法实时监测土体中的MICP反应过程。实验设备的不足严重制约了MICP加固土体地基的研究。

针对上述问题，本发明提出了一套可变多功能灌浆加固土体实验设备，尤其是针对MICP灌浆加固。该实验设备可以同时控制多个注浆参数和土体参数，随时变化注浆程序，进行多变量耦合作用下的MICP加固土体机理研究。该设备还可以随时监测MICP过程，测定碳酸钙在土体中的空间分布，也可以考虑不同饱和度对MICP加固土体效果的影响。整个实验设备制造简单，功能齐全，考虑全面，便于操作，对开展MICP加固土体的相关研究及工程应用具有重要意义。

发明内容

本发明提出了一种可变多功能灌浆加固地基的实验设备及方法。通过设置带有密封圈槽的法兰盘，可控开闭设备、三通，以及灵活可调的出浆位置，在一个实验设备中实现了土体试样高度可变，分时分通道灌注反应液与微生物液，可控土体饱和度分层以及在不扰动试样的条件下随时转换注浆方向等多种功能。该实验设备不局限于单一注浆程序，注浆液或一种土体，其可以满足多种注浆程序，注浆液参数以及土体参数的MICP加固土体实验研究。

本发明的技术方案：

一种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；