[發明專利]一種微生物注漿加固圓柱砂樣的試驗裝置及試驗方法

有效

• 申請號: 201710196531.6
• 申請日: 2017-03-29
• 公開（公告）號: CN107064472B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 彭劼;馮清鵬;孫益成;謝高強;胡建斌;黃慕凡;田艷梅;蔣銳
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N33/38
• 分類號: G01N33/38
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王艷

1.采用微生物注漿加固圓柱砂樣的試驗裝置的微生物注漿加固圓柱砂樣的試驗方法，所述微生物注漿加固圓柱砂樣的試驗裝置，包含注漿裝置，第一蠕動泵（5）、第二蠕動泵（6）、微生物漿液池（7）、膠結液池（8）、第一導液管、第二導液管以及固定支架（1），所述注漿裝置設在固定支架（1）上，第一導液管通過第一蠕動泵（5）將微生物漿液池（7）和注漿管（3）活動連接，第二導液管將膠結液池（8）和第二蠕動泵（6）與注漿管（3）活動連接，所述注漿裝置包括圓柱槽（2）、注漿管（3）、套管（4）、出液口（10），所述注漿管（3）設置在圓柱槽（2）中心位置，在注漿管（3）外部設有套管（4），所述套管（4）管壁上設有多個小孔，所述出液口（10）設置在圓柱槽（2）底部，所述套管（4）管壁上的小孔是特殊分布的，小孔的直徑為5~20mm，沿管長方向間隔2~3cm布置，按其布置數量分上部、中部和下部三種，每種小孔分布區域各占注漿管（3）高度的三分之一，上部小孔沿圍繞管徑方向均勻布置3~4個小孔，中部小孔沿圍繞管徑方向均勻布置5~6個小孔，下部小孔沿圍繞管徑方向均勻布置7~8個小孔，所述套管（4）的外徑為1.2~12cm，高度為0.5~10m，厚度1~20mm，所述套管（4）為塑料套管，套管下端是帶有尖錐狀的封口，上端是開口的，所述圓柱槽（2）為有機玻璃制成，圓柱槽（2）外徑為12~60cm，高度為0.5~10m，厚度為5~20mm，上端是開口的，下端設有4個圓柱型出液口（10）來模擬排水井，出液口（10）外徑1.2~12cm，厚度1~20mm，所述注漿裝置從下往上分為第一層注漿區（15）、第二層注漿區（14）和試驗砂層（9）；其特征在于，所述的試驗方法包括以下步驟：

步驟一、注漿前的裝置安裝

1）先將有機玻璃圓柱槽（2）垂直安裝在固定支架（1）上，并在圓柱槽（2）底部鋪墊一層土工布防止試驗砂從圓柱槽出液口（10）流出，然后為方便把砂樣從套管（4）里面取出來，在套管（4）內壁上緊貼一層玻璃膜，玻璃膜的高度比套管高2~3cm；

2）先將塑料套管（4）垂直放置在有機玻璃圓柱槽（2）的中心位置，并將試驗砂撒落在套管和圓柱槽之間，或者用小工具分層擊實，使之達到所需密度，試驗砂高度不超過套管高度；

3）用導液管分別將微生物漿液池（7）和第一蠕動泵（5），膠結液池（8）和第二蠕動泵（6）連接起來，并保證蠕動泵出液管有足夠的長度；

4）先將微生物菌液的蠕動泵出液管連接內置注漿管（3）；

步驟二、配置菌液和膠結液

1）配置菌液：剛購買的巴氏芽孢桿菌Sporosarcina pasteurii ATCC11859以凍干粉的狀態真空干燥保藏于安踣瓶，首先配置好若干液體培養基，液體培養基成分為酵母粉20g/L，NH4Cl 10g/L，MnSO4·H2O 10mg/L，NiCl·6H2O 24mg/L，并用1M的NaOH調節至pH=9.0，將液體培養基經121℃，30min條件下高溫蒸汽滅菌后，放入無菌操作臺冷卻待用，用酒精燈加熱安踣瓶上部，然后滴幾滴水使之破裂，用鑷子取出內管，打開棉塞，用無菌移液器吸取1mL液體培養基注入內管中，使凍干粉溶解，將溶解后的巴氏芽孢桿菌Sporosarcina pasteurii倒入6mL液體培養基的培養管中，混合均勻得到菌液，然后將培養管中的3~4mL菌液接種在300~800mL液體培養基上，然后把液體培養基放置30℃，200rpm的恒溫振蕩培養箱培養30個小時后加入到微生物漿液池（7）中，并用蠕動泵進行注漿；

2）配置膠結液：將CaCl₂和尿素溶解于水，配制成0.5M的CaCl₂和1M的尿素混合液，并貯存在膠結液池（8）里以做備用；

步驟三、注漿流程

1）菌液的注入：待步驟二中的菌液培養好后，將菌液置入微生物漿液池（7）內，以速率10mL/min通過第一蠕動泵（5）向注漿管（3）注入1倍第一層注漿區（15）砂高10cm孔隙體積的菌液，同時緩緩30秒內提高10cm注漿管（3），使菌液流經第一層注漿區（15），另外，可以收集套管出液口（10）流出的菌液，并利用紫外可見分光光度計，測試流出菌液在波長為600nm光譜下的吸光率，該吸光率就表示菌液濃度，還在室溫條件下，用DDS-11A數顯電導率儀，將1mL流出菌液加入到9mL 1.5mol/L尿素中，觀察五分鐘之內的電導率變化，從而獲得平均每分鐘電導率變化值，將平均每分鐘電導率變化值乘以10即可得到菌液的活性；

2）膠結液的注入：在菌液注入完畢后靜置6~8個小時，將注漿管3連接膠結液的蠕動泵出液管，通過第二蠕動泵（6）注入膠結液，以比注入菌液速率小1mL/min的速率注入與菌液相同體積的膠結液，間隔6~8個小時后，再次依此速率注入與菌液相同體積膠結液，另外，可以收集套管出液口（10）流出的膠結液，并采用ISO 6058-1984《水質鈣含量的測定 EDTA滴定法》測定流出膠結液中的鈣離子濃度，還采用HJ535-2009《水質氨氮的測定納氏試劑分光光度法》測定流出膠結液中的氨氮濃度；

3）灌漿速率的調整：以菌液的注入和膠結液的注入為一個循環，因為每次循環后第一層注漿區（15）砂孔隙都變小，故以保證漿液可以注入注漿區為前提，每次循壞時菌液和膠結液的速率都要相應調小，但是都保持膠結液速率比菌液速率小1mL/min；

4）重復1）、2）和3）步驟多次來加固第一層注漿區（15），并以注漿孔堵塞，漿液難以流入注漿區為結束標志，然后以此方法逐層加固砂樣，可得到沿高度分布較為均勻的圓柱砂樣，取模時將玻璃膜連同砂樣輕輕拽出即可。