基于活性炭吸附微生物加固砂土的制样装置

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2024-03-12 16:58:15

权利要求书： 1.一种基于活性炭吸附微生物加固砂土的制样装置，其特征在于包括制样管（1）、蠕动泵（2）、硅胶管（3）、废液瓶（4）；

所述制样管（1）包括敞口对开圆筒（5）、滤纸（6）、底座（7）、直通接头（8）；所述敞口对开圆筒（5）敞口朝上安装于底座（7）上，所述敞口对开圆筒（5）底部制有直通接头（8），活性炭吸附微生物加固砂土通过滤纸（6）封口后置于敞口对开圆筒（5）的筒内；

所述废液瓶（4）瓶口塞有乳胶塞（15），所述乳胶塞（15）中设有玻璃管（16），所述玻璃管（16）连通乳胶塞（15）的上下表面；

所述制样管（1）的直通接头（8）、蠕动泵（2）之间以及蠕动泵（2）和废液瓶（4）的玻璃管（16）之间均通过硅胶管（3）连通，并且所述蠕动泵（2）能够调节微生物细菌液流出制样管（1）的速率。

2.根据权利要求1所述的制样装置，其特征在于所述敞口对开圆筒（5）包括能够轴向对称地拆分的对开模Ⅰ（12）和对开模Ⅱ（13）；所述对开模Ⅰ（12）和对开模Ⅱ（13）能够严密合实；所述敞口对开圆筒（5）外部套有紧箍环套（10）；所述对开模Ⅰ（12）和对开模Ⅱ（13）的拼接面上贴有橡胶密封条（14）；所述紧箍环套（10）在螺栓（11）的作用下能够将敞口对开圆筒（5）夹紧。

说明书：一种基于活性炭吸附微生物加固砂土的制样装置技术领域[0001] 本发明涉及土木工程试验技术领域，尤其涉及活性炭吸附微生物加固砂土制样装置及使用方法。

背景技术[0002] 微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术是岩土工程中新兴的地基处理技术，利用微生物通过自身代谢产生尿酶，水解尿素生成碳酸根离子，与加入的钙离子结合生成碳酸钙晶

体填充于松散砂土的颗粒孔隙中，进而改善土体的力学特性。MICP技术较传统的物理化学

加固有着明显的优势，提高经济效益同时能够提高环境效益。然而，目前MICP技术最大的问

题是固化后的砂土不均匀，整体的强度偏低，限制了微生物诱导碳酸钙沉淀技术在工程上

的应用。就室内试验而言，由于加固效果的不均匀性，导致采用相同制样方法形成的试样强

度低且离散型大。其主要原因是砂土颗粒较为光滑，制样过程中菌液很难在砂土颗粒表面

附着，难以在砂土颗粒表面形成碳酸钙生长的附着点，因此导致了加固的砂土试样强度低

且不易成型。

实用新型内容

[0003] 本发明的目的是提供一种基于活性炭吸附微生物加固砂土的制样装置，解决现有微生物矿化加固砂土技术中加固效果均匀性差的问题。

[0004] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：[0005] 一种基于活性炭吸附微生物加固砂土的制样装置，活性炭吸附微生物加固砂土制样装置包括制样管、蠕动泵、硅胶管、废液瓶；

[0006] 所述制样管包括敞口对开圆筒、滤纸、底座、直通接头；所述敞口对开圆筒敞口朝上安装于底座上，所述敞口对开圆筒底部制有直通接头，活性炭吸附微生物加固砂土通过

滤纸封口后置于敞口对开圆筒的筒内；

[0007] 所述废液瓶瓶口塞有乳胶塞，所述乳胶塞中设有玻璃管，所述玻璃管连通乳胶塞的上下表面；

[0008] 所述制样管的直通接头、蠕动泵之间以及蠕动泵和废液瓶的玻璃管之间均通过硅胶管连通，并且所述蠕动泵能够调节微生物细菌液流出制样管的速率。

[0009] 优选，所述敞口对开圆筒包括能够轴向对称地拆分的对开模Ⅰ和对开模Ⅱ；所述对开模Ⅰ和对开模Ⅱ能够严密合实；所述敞口对开圆筒外部套有紧箍环套；所述对开模Ⅰ和对

开模Ⅱ的拼接面上贴有橡胶密封条；所述紧箍环套在螺栓的作用下能够将敞口对开圆筒夹

紧。

[0010] 本发明的技术效果使毋庸置疑的：[0011] 一、本发明提出了一种适于试验用的活性炭吸附微生物加固砂土的制样装置，适用于加固砂土的制样，也为今后的加固砂土的制样装置提供了可以借鉴的装置设计启示。

[0012] 二、试验制样管中的砂加入了活性炭，利用活性炭的吸附性，使更多微生物停留在砂中，提高了尿素和氯化钙混合液的利用率，提高加固砂样的均匀性和强度。

[0013] 三、本发明制样管的上部敞口设计可以使混合液与微生物充分反应，提高混合液的利用率，提高加固砂样的均匀性和强度。

[0014] 四、本发明的废液瓶可以回收反应过后的混合液，为后续对废液分析做准备。而且，废液瓶上的乳胶塞设有两根长短不一的玻璃管，长玻璃管用于废液的进入，短玻璃管用

于保证瓶内气压平衡，防止出现冲塞现象。

[0015] 五、本发明的制样管的敞口对开圆筒有两个对开模组成，通过橡胶密封条连接，并在紧箍套环和螺栓的作用下紧密结合，防止出现渗漏的现象，保证试验的精确性。

附图说明[0016] 图1为一种活性炭吸附微生物加固砂土的制样装置的结构示意图；[0017] 图2为制样管1的示意图；[0018] 图3为制样管1的紧箍环套10与敞口对开圆筒5连接示意图；[0019] 图4为对开模的橡胶密封条14的结构示意图；[0020] 图5为废液瓶4示意图。[0021] 图中：1、制样管，2、蠕动泵，3、硅胶管，4、废液瓶，5、敞口对开圆筒，6、滤纸，7、底座，8、直通接头，9、含有活性炭的砂土，10、紧箍环套，11、螺栓，12、对开模Ⅰ，13、对开模Ⅱ，

14、橡胶密封条，15、乳胶塞，16、玻璃管。

具体实施方式[0022] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基

于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有

其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0023] 实施例1：[0024] 一种活性炭吸附微生物加固砂土的制样装置，参见图1，包括制样管1、蠕动泵2、硅胶管3和废液瓶4。

[0025] 参见图2，所述制样管1包括敞口对开圆筒5、滤纸6、底座7和直通接头8；所述敞口对开圆筒5敞口朝上安装于底座7上，所述敞口对开圆筒5底部制有直通接头8，活性炭吸附

微生物加固砂土9通过滤纸6封口后置于敞口对开圆筒5的筒内。

[0026] 参见图3，所述敞口对开圆筒5可轴向对称地拆分为对开模Ⅰ12和对开模Ⅱ13。所述对开模Ⅰ12和对开模Ⅱ13可严密合实。所述敞口对开圆筒5外部套有两个紧箍环套10。所述

对开模Ⅰ12和对开模Ⅱ13地拼接面上贴有橡胶密封条14。所述紧箍环套10在螺栓11地作用

下将敞口对开圆筒5夹紧。

[0027] 参见图5，所述废液瓶4瓶口塞有乳胶塞15。所述乳胶塞15中设有玻璃管16。所述玻璃管16连通乳胶塞15地上下表面。

[0028] 参见图1，所述制样管1的直通接头8、蠕动泵2之间以及蠕动泵2和废液瓶4较长的玻璃管16之间均通过硅胶管3连通，较短的玻璃钢16用于通气，并且所述蠕动泵2能够调节

微生物细菌液流出制样管1的速率。

[0029] 实施例2：[0030] 本实施例公开一种关于实施例1所述的活性炭吸附微生物加固砂土制样装置的使用方法，包括以下步骤：

[0031] 1）把对开模Ⅰ12和对开模Ⅱ13固定于底座7上，并在对开模Ⅰ12和对开模Ⅱ13的拼接面上贴上橡胶密封条14，用紧箍套环10将对开模Ⅰ12和对开模Ⅱ13牢牢固定在一起。

[0032] 2）在制样管1内铺设滤纸6后，在制样管1中分三层加入含有活性炭的砂土9，并且分层振捣压实试样，直到达到预定高度，并使得活性炭占砂土9的质量百分比含量为1%。在

试样顶部铺设滤纸6。在制样管1中加入与孔隙等量的蒸馏水，静置24h使砂样达到饱和。

[0033] 3）在制样管1中加入1.2倍孔隙体积的微生物细菌液，此时制样管1中共有2.2倍孔隙体积的液体，通过蠕动泵2以4ml/min的速率从直通接头8将制样管1中的液体抽出至废液

瓶4，待液体高度与含有活性炭的砂土9顶面齐平时关闭蠕动泵并静置12小时，使活性炭充

分吸附菌液中的微生物，其中所述的微生物为巴氏生孢八叠球菌，每升细菌培养液中含有

蛋白胨5g、牛肉膏3g和尿素20g。

[0034] 4）打开蠕动泵2，以4ml/min的速率从直通接头8将制样管1中的微生物细菌液抽出至废液瓶4。

[0035] 5）在制样管1中加入1倍孔隙体积的浓度分别为0.5mol/l的尿素和氯化钙的混合液，静置12小时，通过蠕动泵2以4ml/min的速率将混合液抽出至废液瓶4，停留12h。

[0036] 6）重复步骤5）3次。[0037] 7）将试样烘干取出，开展三轴压缩试验，在围压100kPa下，测得五组试样抗压强度分别为375kPa、360kPa、380kPa、379kPa、368kPa，无侧限抗压强度平均值为372.4kPa，标准

差为8.4kPa。

[0038] 由于常规微生物加固砂土制样方法中不加入活性炭，作为对照组，将未加入活性炭的砂土放入实施例1所述装置，按照实施例2所述使用方法，制得试样若干，并开展三轴压

缩试验，在围压100kPa下，测得五组试样抗压强度分别为242kPa、180kPa、291kPa、113kPa、

177kPa，平均值为200.6kPa，标准差为68.1kPa。

[0039] 对照试验表明：与常规制样方法比较，本专利所述制样装置和方法制的制样强度更高，平均强度为常规制样的2倍左右，标准差降低到8kPa左右，均匀性更好。

[0040] 以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这

些等同变换均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述

的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不

必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。