[发明专利]一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置及使用方法

权利要求书

1.一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置，其特征在于：包括所述装置底座(1)、承样底座(2)、模具筒(3)、套管(6)、注浆管(7)、弯曲元传感器(8)、蠕动泵(10)、微生物溶液池(11)和反应液池(12)；

所述装置底座(1)安装到直剪仪上，装置底座(1)上安装有承样底座(2)，承样底座(2)上安装有模具筒(3)；所述模具筒(3)的外壁上设置有若干弯曲元传感器(8)，模具筒(3)下端设置有若干贯穿其侧壁的排液管(4)；

所述模具筒(3)的内部竖直设置有若干套管(6)，套管(6)的上端敞口，下端封闭，套管(6)的管壁上设置有若干通孔；

若干所述注浆管(7)的下端分别插入对应的套管(6)内，上端均与导液管(9)连接；所述导液管(9)分别与微生物溶液池(11)和反应液池(12)连接，生物溶液池(11)和反应液池(12)内的液体均通过蠕动泵(10)和导液管(9)排入注浆管(7)。

2.根据权利要求1所述的一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置，其特征在于：所述模具筒(3)为上端敞口且内部中空的圆柱体，该圆柱体由两片对开模(301)拼接而成；

将内部中空的圆柱体沿轴线方向平分得到两片所述对开模(301)，这两片对开模(301)接壤处的外壁上均设置有固定板(3011)，固定板(3011)的两端与对开模(301)的轴向两端齐平；两片对开模(301)上的固定板(3011)通过螺栓连接，连接处进行密封处理。

3.根据权利要求2所述的一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置，其特征在于：每片所述对开模(301)的下端均设置有四个贯穿其侧壁的排液管(4)；每片所述对开模(301)的外壁上均设置有三个弯曲元传感器(8)，三个弯曲元传感器(8)沿对开模(301)的长度方向等间距布置。

4.根据权利要求1所述的一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置，其特征在于：所述模具筒(3)内部填充有粗粒土(5)，振捣器(18)对粗粒土(5)进行振捣。

5.根据权利要求1所述的一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置，其特征在于：所述套管(6)的下端呈圆锥状，套管(6)的上段、中段和下段分别记为上部(601)、中部(602)和下部(603)，上部(601)、中部(602)和下部(603)的长度均为套管(6)长度的三分之一；

所述上部(601)的管壁上设置有若干个通孔组Ⅰ，每个通孔组Ⅰ包括M个在同一水平面上的通孔，这M个通孔沿套管(6)管径方向均匀布置，2≤M≤4；若干所述通孔组Ⅰ沿上部(601)的轴向等间距布置；

所述中部(602)的管壁上设置有若干个通孔组Ⅱ，每个通孔组Ⅱ包括N个在同一水平面上的通孔，这N个通孔沿套管(6)管径方向均匀布置，4≤N≤6；若干所述通孔组Ⅱ沿中部(602)的轴向等间距布置；

所述下部(603)的管壁上设置有若干个通孔组Ⅲ，每个通孔组Ⅲ包括L个在同一水平面上的通孔，这L个通孔沿套管(6)管径方向均匀布置，6≤L≤8；若干所述通孔组Ⅲ沿下部(603)的轴向等间距布置。

6.基于权利要求1所述的一种微生物加固粗粒土的大型直剪试验制样装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)拆除所述直剪仪原有的底座，将装置底座(1)通过螺栓固定在直剪仪上，并在装置底座(1)上安装承样底座(2)；

2)将两片所述对开模(301)通过螺栓固定在承样底座(2)，两片对开模(301)上的固定板(3011)通过螺栓连接并再使用密封胶密封，完成模具筒(3)的拼装；

3)将若干所述套管(6)垂直放置在模具筒(3)中的预定位置，按照预定级配配制粗粒土(5)并均匀混合，分层装入套管(6)与模具筒(3)之间，每层土样采用振捣器(18)进行压实，装填完成后整平试样表面；

4)配制巴氏芽孢杆菌微生物溶液，微生物溶液培养时间为12～24小时，OD₆₀₀取值范围为0.6～2.0，并将微生物溶液装入所述微生物溶液池(11)，溶液保存温度为4℃；

5)采用浓度为11.1～222g/L的氯化钙溶液和浓度为36～120g/L的尿素溶液混合配制反应液，并装入所述反应液池(12)；其中，所述氯化钙溶液和尿素溶液的体积比为1:1～1:3，浓度比为1:1～1:6，反应液保存温度为10℃；

6)关闭所述排液管(4)，将若干注浆管(7)插入对应的套管(6)中；

7)通过所述蠕动泵(10)从注浆管(7)注入1～1.5倍孔隙体积的微生物溶液；其中，所述微生物溶液注入过程中采用逐步提升注浆管(7)的方式；

8)所述微生物溶液注浆完成后，静置0.5～3小时，打开所述排液管(4)，将微生物溶液排除；

9)再次关闭所述排液管(4)，通过蠕动泵(10)从注浆管(7)注入1～1.3倍孔隙体积的反应液；其中，所述反应液注入过程中采用逐步提升注浆管(7)的方式，逐层加固粗粒土层；

10)所述反应液注浆完成后，静置6～24小时，打开所述排液管(4)，将反应液排除；

11)重复步骤7)、8)、9)、10)三次，检测所述排液管(4)排出的反应液中钙离子的浓度，若钙离子的浓度小于预定值，则试样加固完成，进行步骤12)；若钙离子的浓度大于等于预定值，则继续重复步骤7)、8)、9)、10)，直至排出的反应液中钙离子的浓度小于预定值；

12)通过所述蠕动泵(10)从注浆管(7)注入10倍以上孔隙体积的去离子水，通过排液管(4)排出试样内部残余的反应液和微生物溶液；

13)试样静置6～24小时后，将所述弯曲元传感器(8)固定在对开模(301)侧壁上，通过弯曲元传感器(8)检测不同区域粗粒土层的剪切波速，评估微生物对于粗粒土的加固程度；

14)拆除所述对开模(301)和套管(6)，整平微生物加固后的粗粒土5的表面，套上直剪仪剪切盒进行直剪试验。