[发明专利]一种用于模拟基于微生物矿化修建生态渠道的试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种模拟基于微生物矿化修建生态渠道的室内试验装置及方法，属于岩土工程技术领域。所述装置包括依次连接的供水系统、生态渠道试验系统以及量测系统：供水系统用于提供稳定的流量，模拟渠道水流；生态渠道试验系统用于模拟渠道在不同微生物矿化材料和工艺下的运行状态；量测系统用于测试微生物矿化处理前后土体的渗透性、抗冲刷性和强度。所述方法包括以下步骤：取样放置于土样箱，进行不同微生物矿化材料和施工工艺的处理，测试处理后土体渗透性、抗冲刷性和强度，分析确定基于微生物矿化修建生态渠道的材料及施工工艺。本发明能对微生物矿化处理前后的土体渗透性、抗冲刷性和强度进行测试，开发基于微生物矿化修建生态渠道的技术。

技术领域：

本发明属于岩土工程技术领域，尤其设计一种用于模拟基于微生物矿化修建生态渠道的试验装置及方法。

背景技术：

渠道工程是一种用于农田灌溉与排水的小型水利设施，一般可分为挖方渠道和填方渠道。由于天然土体强度较低，抗渗性和抗冲刷性均较差，目前工程上一般需在渠道土体表面设置混凝土衬砌，其主要原材料之一为水泥，在水泥生产过程中会消耗大量能源并释放温室气体。同时，混凝土为硬质衬砌，在将来渠道改线时会形成建筑垃圾，甚至可能污染土壤。因此急需一种绿色友好的技术对渠道表面土体进行加固，以此避免上述问题。

微生物矿化技术(Microbial-Induced Calcite Precipitation，即MICP)是目前岩土工程最具革新性的技术之一。这一技术创造性地利用丰富的天然无毒害的微生物资源，加入一定量的无害化学试剂后，能发生矿化产生碳酸钙，从而达到对土体进行加固，提高土体强度、抗渗性和抗冲刷性等工程力学性能的目的。该类微生物为自然界土壤中天然存在的无害细菌，对土壤、人体健康和环境几乎没有任何影响，因此微生物矿化技术是一种环境友好型的创新技术。

目前，微生物矿化技术还处于发展阶段，一般仅对小型土样进行渗透性、强度等单一指标的测量，不能满足基于微生物矿化修建生态渠道的要求。因此需要研制一种专用的室内试验装置，通过对微生物矿化处理前后的土体强度、抗渗性和抗冲刷性参数进行测试，开发基于微生物矿化修建生态渠道的技术。

发明内容：

本发明的目的为针对上述问题，设计一种用于模拟基于微生物矿化修建生态渠道的试验装置及方法，用于研究基于微生物矿化模拟修建生态渠道的材料和施工工艺。

为了实现上述目的，本发明涉及的试验装置和试验方法是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于模拟基于微生物矿化修建生态渠道的试验装置，包括依次连接的供水系统、生态渠道试验系统以及量测系统。其中，所述供水系统用于提供稳定的流量，模拟渠道水流；所述生态渠道试验系统用于模拟渠道在不同微生物矿化材料和施工工艺下的运行状态；所述量测系统用于测试微生物矿化处理前后土体的强度、渗透性和抗冲刷性。

具体的，所述供水系统包括自来水管、支撑钢架、高位水箱、溢流管、供水管、流量计、流量控制阀。其中，所述支撑钢架将高位水箱支撑在一定高度；所述溢流管位于高位水箱顶部侧壁，使高位水箱水位恒定；所述供水管装在高位水箱侧壁，且低于溢流管高度，另一端伸入消能池中，使高位水箱中的水可依靠重力自行流入消能池中；所述流量控制阀和流量计设在供水管上。

具体的，所述生态渠道试验系统包括水槽、土样箱、消能池、水槽出水闸、调节支架、铰支座。其中，所述水槽用于承接水流形成渠道模型，表面粘有一层土颗粒，用于模拟天然条件下土壤糙率状况；所述土样箱位于水槽端部附近，是一个可拆卸、底面为多孔板的梯形凹槽，用于模拟渠道的土体放置于土样箱中；所述消能池位于水槽另一端，用于承接高位水箱水流，同时作为储水容器，提供一定流速的水流；所述水槽出水闸设于水槽端部，用于与流量控制阀一起调节水槽中的水深和流速；所述调节支架位于消能池附近，与所述铰支座配合可用于调节水槽坡度。