[发明专利]一种微生物加固土体加固程度测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种微生物加固土体加固程度测量装置及方法，本发明通过伸缩组件灵活调节测量装置中防潮密封盒的距离，并通过调节带槽密封板，使得弯曲元传感器和刚性薄片的方位变化，将本装置方位和距离调整好后，放入土体中，通过导线接上函数信号发生器、示波器和电脑，便可实现土体剪切波速的实时监测，通过调整带槽密封板方向可实现对土体水平和竖直方向上的剪切波速值的测量，得到土体刚度特性，进一步多维度地评价土体加固程度，间接获取微生物反应的进程。

技术领域

本发明涉及微生物加固土体技术领域，具体涉及一种微生物加固土体加固程度测量装置及方法。

背景技术

微生物加固是岩土工程领域中一种新兴的加固技术，具有对环境影响小和对土体扰动低等特点。其工作原理是在微生物细菌产生的脲酶的作用下，尿素分解成碳酸根离子，并与盐离子反应，形成碳酸盐沉淀以胶结土体，其中，由于钙盐的易得性和经济性，微生物诱导碳酸钙沉淀(Microbial induced calcite precipitation，简称MICP)是应用最广泛的一种微生物加固土体技术。大量室内土工试验，模型试验和场地试验表明，MICP技术能够有效的提高土体的力学性能，如强度，刚度，抗液化性和抗渗性，可用于边坡和地基加固，防渗堵漏以阻止污染物扩散，防风固沙，并且整个加固过程依靠细菌自身反应完成，相较于传统的水硬性材料加固土体，具有更高的环境友好性。因此，微生物加固技术也被认为是21世纪岩土工程领域最具发展潜力的研究方向之一，其技术的提升与推广，对我国工程防灾减灾和可持续发展都具有重大意义。

微生物加固是一个缓慢的过程，其加固程度依赖许多因素如菌液浓度，反应液浓度，环境温度，加固次数，土体特性如级配，颗粒大小和颗粒形状，盐离子种类。室内土工试验中，监测微生物加固反应过程依靠的技术手段主要为剪切波速测量。剪切波能够在土体内部传播，因其产生的应变范围属于弹性范畴，剪切波对土体结构非常敏感。

在微生物加固过程中，碳酸钙沉淀填充和胶结土体颗粒都会对土体结构产生显著影响，进而会改变剪切波速值。弯曲元传感器是以压电陶瓷传感器为基础，通过固定传感器一端，以电压激励产生剪切波或以通过感触剪切波形成激励电压。

目前已有的微生物加固土体研究中，将弯曲元传感器插入或埋入土体内部，与土体和反应液直接接触以测量剪切波速。通常微生物加固的反应液为高碱性溶液，PH值在9左右，如此高碱性会对弯曲元传感器造成严重侵蚀，影响其使用寿命，且一旦弯曲元密封性不良，会对剪切波信号造成严重干扰。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种微生物加固土体加固程度测量装置及方法解决了现有土体加固方法或装置，使得弯曲元传感器插入或埋入土体内部，造成对弯曲元传感器造成严重侵蚀的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种微生物加固土体加固程度测量装置，包括：发射单元、接收单元和伸缩杆结构；

所述发射单元与伸缩杆结构的一端固定连接；所述接收单元与伸缩杆结构的另一端固定连接；所述发射单元和接收单元均包括：防潮密封盒、弯曲元传感器、带槽密封板和刚性薄片；所述带槽密封板固定在防潮密封盒的一侧；所述刚性薄片与带槽密封板固定连接，用于封闭带槽密封板上的槽孔；所述弯曲元传感器位于防潮密封盒内，其一端伸入槽孔与刚性薄片固定连接。

进一步地，所述伸缩杆结构包括：四组伸缩组件；每组伸缩组件包括：伸缩杆和伸缩调节筒；

所述伸缩调节筒固定在伸缩杆上；每根伸缩杆的两端均通过强力粘黏层分别与发射单元和接收单元固定连接。

上述进一步方案的有益效果为：刚性薄片布置方向为两种，长边垂直和平行于水平方向，可通过带槽密封板安置位置方式不同，实现调节对刚性薄片和弯曲元传感器方位的调节，进而测得水平和垂直两个平面上的剪切波速值；同时在应用时根据实际需求调节伸缩杆长度和防潮密封盒的安置位置(水平安置或者竖直安置)，具有较高的适用性。