具有温度和荷载耦合作用的微生物分层注浆实验装置的制作方法

1.本实用新型属于岩土工程技术领域，涉及一种具有温度和荷载耦合作用的微生物分层注浆实验装置。


背景技术：

2.在公路、铁路、水利、建筑等工程建设中，地基对工程安全和质量至关重要，地基不满足结构承载要求时，会给施工带来诸多不便，并造成一定程度的危害，例如下陷、滑移、开裂等，因此需要采取工程技术进行地基处理，改善地基的承载能力或变形性质，从而提高地基稳定性。
3.常用的地基处理方法有换填垫层法、强夯法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法等，但难以避免对环境均会造成不同程度的影响。微生物诱导碳酸钙沉淀加固土体(micp)技术作为一种新兴的地基加固方法，受到关注和重视。利用微生物在一定的环境条件下产生脲酶，催化土体中的尿素水解生成与结合生成碳酸钙沉淀胶结填充土体孔隙，提高土体的整体稳定性。微生物诱导碳酸钙沉淀加固土体(micp)技术对土体扰动小，对环境更加友好。
4.注浆法是一种常用的微生物加固土体方法，真实环境中的土体常处在温度、荷载等复杂外界因素交织作用下，土体温度不仅因季节和昼夜而异，且与土层深度、位置、土壤质地等有关；土体不仅受自重作用，也常受到上部结构物和存放物的荷载，这些因素难以避免地会对微生物加固土体作用过程产生有利或不利影响，如温度对微生物活性的影响。然而目前注浆实验主要集中在单一工况下固化过程、固化效率的研究，较少涉及温度和荷载共同耦合作用下不同高度土层的注浆规律和效果。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种具有温度和荷载耦合作用的微生物分层注浆实验装置，解决了现有技术中存在的实验工况单一，难以反映真实环境中温度、荷载对土体固化效果的影响的问题。
6.本实用新型所采用的技术方案是一种具有温度和荷载耦合作用的微生物分层注浆实验装置，包括承台，承台上设置有土样筒，土样筒的外壁开设有若干注浆管；承台上靠近注浆管的一侧固定有注浆挡板，另一侧固定有注水挡板；土样筒、注浆挡板、注水挡板均同向设置，土样筒位于注浆挡板和注水挡板形成的空间；土样筒与注浆挡板之间的承台上相应开设有出浆孔，土样筒与注水挡板之间的承台上相应开设有出水孔；土样筒与注水挡板的顶部设置有盖板，盖板的下方固定有加热棒；土样筒内设置有加载板，加载板上设置有标定重物。
7.本实用新型的特点还在于：
8.承台的周边设置有一圈插槽，注浆挡板通过承台上靠近注浆管一侧的插槽固定有注浆挡板，远离注浆管一侧的插槽上固定有注水挡板。
9.承台为椭圆形，插槽与注浆挡板、注水挡板的接合部位采用不透水密封条进行密封。
10.注浆管呈线形排列且均匀分布。
11.注浆管与土样筒的筒壁呈80
°
～85
°
夹角向下，通过橡胶塞密封。
12.出浆孔上设置有出浆旋塞，出水孔上设置有出水旋塞。
13.出浆旋塞下方设置有菌液回收瓶，出水旋塞下方设置有水回收瓶。
14.盖板的下方固定有温度计。
15.加载板为圆形结构，采用钢材质。
16.注浆挡板采用聚乙烯塑料制成，注水挡板采用隔热材料制成。
17.承台的下面固定有底座。
18.本实用新型的实验装置，利用水温热传导，可实现不同温度下土样的注浆加固特性研究；通过加载板和标定重物，可实现不同荷载下土样的注浆加固特性研究；可根据实验设计，灵活组合多种工况，实现了不同温度和不同荷载共同耦合作用下微生物分层注浆，装置安装方便，操作简单，实用经济。
附图说明
19.图1是本实用新型一种具有温度和荷载耦合作用的微生物分层注浆实验装置的结构示意图；
20.图2是本实用新型一种具有温度和荷载耦合作用的微生物分层注浆实验装置的俯视图；
21.图3是本实用新型一种具有温度和荷载耦合作用的微生物分层注浆实验装置承台部分的示意图；
22.图4是本实用新型一种具有温度和荷载耦合作用的微生物分层注浆实验装置的注浆管设置示意图。
23.图中，1.土样筒，2.承台，3.注浆挡板，4.注水挡板，5.橡胶塞，6.出浆旋塞，7.出水旋塞，8.盖板，9.加热棒，10.温度计，11.加载板，12.标定重物，13.土样，14.菌液回收瓶，15.水回收瓶，16.注浆管，17.插槽，18.出浆孔，19.出水孔，20.底座。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
25.本实用新型一种具有温度和荷载耦合作用的微生物分层注浆实验装置，如图1所示，包括：土样筒1，承台2，注浆挡板3，注水挡板4，橡胶塞5，出浆旋塞6，出水旋塞7，盖板8，加热棒9，温度计10，加载板11，标定重物12，土样13，菌液回收瓶14，水回收瓶15，注浆管16，插槽17，出浆孔18，出水孔19，底座20。
26.具体结构为：承台2中央放置有土样筒1，土样筒1一侧筒壁设有若干注浆管16，呈线形排列且均匀分布；承台2周边设置有一圈插槽17，靠近注浆管16的一侧插槽17固定有注浆挡板3，另一侧插槽17固定有注水挡板4。如图2所示，土样筒1、注浆挡板3、注水挡板4均同向设置，土样筒1位于注浆挡板3和注水挡板4形成的空间。如图3所示，承台2在土样筒1与插槽17之间开设有出浆孔18、出水孔19并相应设置有出浆旋塞6、出水旋塞7，出浆孔18、出水
孔19的下方相应放置有菌液回收瓶14、水回收瓶15。注水挡板4顶部放置有盖板8，盖板8上固定有加热棒9和温度计10。土样筒1中盛有土样，土样13的顶部放置有加载板11和标定重物12。土样筒1的底部固定有底座20。
27.其中，土样筒1采用钢材，其直径为100mm～200mm，高度为400mm～600mm。
28.如图4所示，注浆管16的直径为30mm～50mm，长度为50mm～100mm，为便于浆体流动，注浆管16与土样筒1的筒壁呈80
°
～85
°
夹角向下，可通过橡胶塞密封。
29.承台2为椭圆形，承台2的短轴长度105mm～210mm，承台2的长轴长度为200mm～400mm，插槽17宽5mm～10mm，高30mm～80mm，插槽17与注浆挡板3、注水挡板4的接合部位采用不透水密封条进行密封。
30.出浆孔18的直径为20mm～40mm，出浆旋塞6的尺寸和形状与出浆孔18相匹配。
31.出水孔19的直径为20mm～40mm，出水旋塞7的尺寸和形状与出水孔19相匹配。
32.注浆挡板3采用聚乙烯塑料制成，形状与承台2上的插槽17相匹配，高度为400mm～600mm，注浆挡板3与土样筒1的接合部位采用不透水密封条进行密封。
33.注水挡板4采用隔热材料制成，如石棉板、真空板等，形状与承台2插槽相匹配，高度为400mm～600mm。注水挡板4与土样筒1的接合部位采用不透水密封条进行密封。
34.加载板11为圆形，钢材质，直径为50mm～100mm。
35.本实用的装置按照如下步骤操作使用：
36.步骤1：将土样筒1放置在承台2的中间位置；
37.步骤2：将注浆挡板3固定在承台2上的插槽17处，使其朝向土样筒1的注浆管16，采用不透水密封条对注浆挡板3与插槽17、土样筒1的接合部位进行密封；
38.步骤3：将注水挡板4固定在承台2的其余插槽17处，使其朝向土样筒1，采用不透水密封条对注水挡板4与插槽17、土样筒1的接合部位进行密封；
39.步骤4：用橡胶塞5对土样筒1的注浆管16进行封堵；拧入出浆旋塞6对出浆孔18进行封堵；拧入出水旋塞7对出水孔19进行封堵。
40.步骤5：根据实验设计土样含水率的要求，填筑试验土样13，分层夯实，使土样13达到一定的密实度，土样13高度填至土样筒顶部。
41.步骤6：根据实验方案要求，确定温度、荷载以及注浆土层。将水注入土样筒1与注水挡板4围成的区域，加水高度至接近土样筒1高度，盖上盖板8，盖板8上固定有加热棒9和温度计10。通过加热棒将水温调整至所选温度，温度通过钢制土样筒传递至土样。
42.步骤7：在土样13的顶部中央放置加载板11，按照所选荷载在加载板上放置相应标定重物12。
43.步骤8：取出所选注浆土层相应的橡胶塞5，其余橡胶塞保持封堵，将菌液注入土样筒1与注浆挡板3围成的区域，菌液在重力作用下沿着注浆管16流入所选注浆土层进行加固。
44.步骤9：根据实验方案，控制注浆流量和时长，静止一定时间，使固化反应充分。
45.步骤10：实验结束，拧开出浆旋塞6，残留菌液从出浆孔18流出进入菌液回收瓶14。
46.步骤11：卸下标定重物12，取走加载板11。
47.步骤12：取走盖板8，拧开出水旋塞7，水从出水孔19流出进入水回收瓶15。
48.本实用新型的实验装置使用效果明显，主要表现在以下方面：
49.(1)本实用新型可根据实验设计，灵活打开或封堵土样筒注浆管，实现微生物加固土体的分层注浆；
50.(2)本实用新型利用水温热传导，实现不同温度下土样的注浆加固特性研究；
51.(3)本实用新型通过加载板和标定重物，实现不同荷载下土样的注浆加固特性研究；
52.(4)本实用新型根据实验设计，灵活组合多种工况，实现了不同温度和不同荷载共同耦合作用下微生物分层注浆，装置安装方便，操作简单，实用经济。