[实用新型]一种电渗联合微生物诱导碳酸钙沉淀加固地基的设备

权利要求书

1.一种电渗联合微生物诱导碳酸钙沉淀加固地基的设备，其特征在于，该设备包括电渗系统、灌浆系统和监测与控制系统；其中电渗系统主要用于排出土体孔隙水、驱动生物-化学离子在土体中运移；灌浆系统用于提供微生物液，胶结液以及pH缓冲液；监测与控制系统主要用于控制系统pH以及土体温度，分析加固过程中及加固完成后土体的生-化-力学性能演化；探究电渗联合MICP加固软土地基的作用机理；

所述的电渗系统包括试样腔(1)、阳极腔(3)、阴极腔(2)、带排水孔的隔板(4)、阳极板(5)、阴极板(6)、电源(10)、导线(11)和溢流口；试样腔(1)、阴极腔(2)以及阳极腔(3)均由有机玻璃板制成；试样腔(1)为长方体，用于盛放待加固的软土；阴极腔(2)和阳极腔(3)分别位于试样腔(1)的两侧，三者间通过带排水孔的隔板(4)隔开；其中阴极腔(2)中盛放主要为菌液的注入液，阳极腔(3)中除了盛放待注入的胶结液，还用于缓冲和收集在电场作用下从土体中排出的孔隙水；带排水孔的隔板(4)上均匀分布有直径为5mm的通孔，作为液体流通通道；阳极板(5)和阴极板(6)分别放置于阳极腔(3)和阴极腔(2)内；两者分别紧贴阳极腔，阴极腔的内端面，该内端面为远离试样腔的端面；两个电极板分别通过导线(11)与电源(10)相连；该电源(10)通过电极板在土体两端施加电场，驱动土体中的阳离子带动孔隙水向阴极板(6)移动；此外，该电源(10)提供的电压与电流均可调，可用于不同电压与电流条件下的电渗排水联合MICP加固软土地基的研究；在阴极腔(2)外侧靠近顶部位置设置有溢流口，设置溢流口的目的是防止出液腔中的液体漫过试样腔(1)；同理，阳极腔(3)外侧也设置有溢流口，防止阳极腔(3)内注入的胶结液过多而漫过试样腔(1)；

所述的监测与控制系统包括pH传感器(18)、pH采集模块(19)、电压采集模块(13)、电流采集模块(14)、温度采集模块(17)、电流电压测量孔(12)、温度测量孔(15)、宝塔接头、测温导线(16)、低电阻测针和PC终端(20)；试样腔(1)的一侧壁上设置有两排通孔，分别为电流电压测量孔(12)和温度测量孔(15)，通孔中旋有中空的宝塔接头；测温导线(16)的一端通过温度测量孔(15)插入土体，另一端与温度采集模块(17)相连；温度采集模块(17)通过信号转换器与PC终端(20)相连，将采集到的温度数据传输至PC终端(20)；低电阻测针的一端通过电流电压测量孔(12)插入土体，另一端分别通过导线(11)与电压采集模块(13)、电流采集模块(14)相连，用于实时采集实验过程中的电压和电流的变化情况；电压采集模块(13)、电流采集模块(14)通过信号转换器与PC终端(20)相连，将电流和电压数据传输至PC终端(20)；pH传感器(18)一端置于阴极腔(2)内，另一侧与pH采集模块(19)连接，实时采集阴极腔(2)中溶液的pH变化情况；pH采集模块(19)通过信号转换器与PC终端(20)相连，将pH传感器(18)在试验过程中采集到的pH数据传输至PC终端(20)；监测与控制系统可实时监控和采集实验过程中的电压、电流、温度以及流出液pH数据；监测与控制系统协同灌浆系统可实现对系统pH以及土体温度的实时控制，为电渗联合MICP加固软土地基提供更适宜的环境条件；

所述的灌浆系统包括蠕动泵(25)、化学液贮液器(28)、微生物贮液器(30)、缓冲液贮液器(31)、冷热水贮液器(29)、胶皮软管(23)、止水阀(27)、温度控制槽(7)、温度控制槽注入口(8)以及温度控制槽出水口(9)；微生物贮液器(30)中存放培养好的菌液，为MICP提供菌体或者脲酶，保证实验过程中尿素分解的持续进行；通过胶皮软管(23)将微生物贮液器(30)与阴极腔(2)连接，其中胶皮软管(23)穿过蠕动泵(25)的泵头；蠕动泵(25)通过交替挤压和释放弹性输送胶皮软管(23)来泵送流体；蠕动泵(25)可控制灌浆速率，能使微生物液按照设定的注浆速率被不断补充到阳极腔(3)中；用于存放pH缓冲液的缓冲液贮液器(31)与蠕动泵(25)相连，通过蠕动泵(25)不断向阴极腔(2)注入pH缓冲液，使阴极腔(2)以及阴极附近的土体pH保持在9-10之间；胶结液贮液器用于存放胶结液，通过胶皮软管(23)将胶结液贮液器与蠕动泵(25)连接，并进一步连接阳极腔(3)，不断向土体中提供钙离子，保证MICP反应的反应基质供应；冷热水贮液器(29)通过胶皮软管(23)与蠕动泵(25)相连；蠕动泵(25)的另一侧通过胶皮软管(23)与温度控制槽(7)相连，为温度控制槽(7)提供循环的冷水或热水；共设置两个蠕动泵(25)，其中一个蠕动泵(25)用于为阳极腔(3)提供微生物液以及pH缓冲液，另一个蠕动泵(25)为阴极腔(2)和温度控制槽(7)提供胶结液和冷热水；蠕动泵(25)通过信号转换器与PC终端(20)连接，在蠕动泵配套的胶皮软管(26)与贮液器的中间设置止水阀(27)，蠕动泵(25)采用多通道泵头，实现不同溶液的同时及分时注浆。