一种电渗联合微生物诱导碳酸钙沉淀加固地基的设备制造技术

本实用新型专利技术提供了一种电渗联合微生物诱导碳酸钙沉淀加固地基的设备，包括电渗系统，注浆系统和监测与控制系统。该设备及方法通过电渗系统实现土体的排水固结，并驱动微生物在土体中运移；通过注浆系统保证了微生物液及胶结液的供应；监测以及控制系统的设计实现了联合加固过程中，系统pH以及土体温度的实时控制，抑制了微生物活性的降低。本实用新型专利技术提出的设备及方法可用于研究电渗排水联合MICP加固地基的作用机理，加固方法的优化及加固效果评价，为软土加固提供了新的技术选择，对推进电渗联合微生物加固地基的相关研究及现场应用具有非常重要的意义。用具有非常重要的意义。用具有非常重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种电渗联合微生物诱导碳酸钙沉淀加固地基的设备


[0001]本技术涉及软土地基加固领域，尤其是涉及一种电渗联合微生物诱导碳酸钙沉淀加固地基的设备。

技术介绍

[0002]随着我国人口的增多以及城市化的不断推进，人类居住及其它用途对土地的需求量不断增大。目前，大量的工程建设用地都存在承载力不足的问题，在施工之前必须对其进行加固，以满足工程要求。
[0003]现存的地基处理方法，如强夯法、挤密桩法等，工程造价高，对周围土体扰动大，而且在地基加固过程中需要使用大型机具，在大面积、高深度的现场应用中存在难以进场的问题。真空预压法是一种有效的软土地基加固方法，但随着固结排水的进行，排水板会逐渐被阻塞，制约加固效果。水泥灌浆常用于加固砂土。当其用于加固软土地基时，由于水泥浆的高粘性，常需要较高的灌浆压力，而且存在浆液难以扩散和运移的问题。化学灌浆虽然具有较好的可灌性，但是环氧树脂，聚氨酯，丙烯酰胺等灌浆材料含有的不良成分会对环境造成严重污染，甚至威胁人类健康。
[0004]电渗法是一种有效的软土地基加固方法。通过在土体两端施加电场使阳离子拖曳水分子向阴极移动，形成电渗渗流，并从土体中排出，实现有效的地基加固。然而传统的电渗法易导致地基加固不均匀。由于孔隙水主要从阳极向阴极流动，使阳极附近的土体含水量较低，阴极附近的土体含水量较高，最终导致阳极附近的土体强度大于阴极附近的土体强度。
[0005]微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)是近几年兴起的一种绿色高效的土体加固新技术。该方法利用微生物的活性分解有机物，产生碳酸根以及碱性环境，在钙离子存在的环境下，可生成碳酸钙，填充在土体孔隙中并在土颗粒间形成胶结，提高土体强度。一般情况下，微生物带负电荷，在电场作用下菌体从阴极向阳极做定向移动。因此，将MICP技术与电渗加固技术相结合，预计可以有效提高阴极附近土体的强度。
[0006]本技术通过设计电渗系统，注浆系统和监测与控制系统，提出一种电渗联合MICP加固地基的设备及方法。重点在于电渗加固法与MICP法的结合，以及土体温度和pH的实时监测与控制。该设备可以实现电渗与MICP的联合作用，并且整个实验过程中可以实时控制系统pH及土体温度，使微生物在整个加固过程中维持较高的活性。该技术提出的电渗联合MICP加固地基的方法是地基加固领域一种新的技术方案，为改良软土地基提供了新的选择，技术所提出的设备为电渗联合MICP加固软土地基技术的开发提供了研究基础。

技术实现思路

[0007]本技术针对现有电渗加固土体不均匀的问题，提出了一种电渗联合微生物诱导碳酸钙沉淀加固地基的设备及方法。该设备可实现电渗与MICP的联合作用研究。本实用
新型提出的实验方法对探索该联合加固技术的作用机理具有很强的指导意义。
[0008]本技术的技术方案：
[0009]一种电渗联合微生物诱导碳酸钙沉淀加固地基的设备，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
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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
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化
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力学性能演化，探究电渗联合MICP加固软土地基的作用机理；
[0010]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，随着从土体中排出的孔隙水不断增多以及阴极腔2微生物液的不断注入，阴极腔2中的液体量越来越多，当液面超过溢流口时，多余的液体从溢流口流出，经过胶皮软管23流入量筒24；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；
[0011]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、温度以及流出液的pH。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。
[0012]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
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10之间；胶结液贮液器用于存放胶结液，通过胶皮软管23将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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
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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
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化
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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...

【专利技术属性】
技术研发人员：田志锋，唐小微，修志龙，王晨牟，薛志佳，李涛，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：新型
国别省市：