阅读说明：本技术 一种观测微生物固化与植被生长的试验装置及其使用方法 (Test device for observing microorganism solidification and vegetation growth and using method thereof ) 是由 张永杰 邹全 王思 程鑫 刘涛 黄万东 王桂尧 于 2020-04-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种观测微生物固化与植被生长的试验装置及其使用方法,包括：试验盒、观测装置和注浆装置；试验盒包括用于盒体、设置于盒体内以将所述盒体内部分隔成多个土体观测空间的分隔墙,每个土体观测空间中具有至少一个沿竖直方向延伸至盒体的底部的观测管；观测装置包括彼此电连接的观测主机以及探测设备,探测设备包括支撑组件和能够横向运动以及竖向运动地安装于所述支撑组件的探头,以能够使探头相对于所述盒体横向运动以及通过竖向运动进出所述观测管。该观测微生物固化与植被生长的试验装置旨在解决现有技术中的试验装置无法用于评价固化后土体表层植被的生长状况,也无法控制微生物固化技术固化土体表层土的厚度的技术问题。(The invention discloses a test device for observing microorganism solidification and vegetation growth and a using method thereof, wherein the test device comprises the following steps: the device comprises a test box, an observation device and a grouting device; the test box comprises a box body and a partition wall arranged in the box body to divide the interior of the box body into a plurality of soil observation spaces, wherein each soil observation space is provided with at least one observation pipe extending to the bottom of the box body along the vertical direction; the observation device comprises an observation host and a detection device which are electrically connected with each other, wherein the detection device comprises a support component and a probe which is mounted on the support component in a transverse motion and vertical motion mode, so that the probe can move transversely relative to the box body and move in and out of the observation tube through the vertical motion. The test device for observing microbial curing and vegetation growth aims to solve the technical problems that the test device in the prior art cannot be used for evaluating the growth condition of cured soil body surface vegetation and cannot control the thickness of soil on the surface of a cured soil body by a microbial curing technology.)

一种观测微生物固化与植被生长的试验装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及土木工程试验领域，尤其涉及一种观测微生物固化与植被生长的试验装置及其使用方法。

背景技术

微生物诱导碳酸盐沉积技术(MICP)是利用一些特定的微生物(如高产脲酶菌、反硝化细菌等)，通过为其提供丰富的钙离子和含氮的营养盐，使钙离子与微生物作用下产生的碳酸根离子快速反应，生成胶结性能优异的方解石型碳酸钙结晶，整个过程污染小、成本低，故利用该技术对土体进行固化，改善土体的力学性能的同时还能兼顾良好的环境效益。在岩土工程领域应用中，微生物诱导碳酸钙沉积技术(MICP)多用于岩土体加固、防渗、防治砂土液化、治理污染土体等，且目前与MICP技术相关的试验装置大多是服务于评价固化后的主体的理化参数，如抗压强度、渗透性等，利用这些得到的岩土力学参数和原来的岩土力学参数进行研究对比，来评价MICP技术加固效果。

现提出一个MICP技术在岩土工程中新的应用领域，即MICP技术和生态护坡相结合，综上所述，现有的试验装置无法用于评价固化后土体表层植被的生长状况，也无法控制微生物固化技术固化土体表层土的厚度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于此，本发明提出了一种观测微生物固化与植被生长的试验装置，该观测微生物固化与植被生长的试验装置旨在解决现有技术中的试验装置无法用于评价固化后土体表层植被的生长状况，也无法控制微生物固化技术固化土体表层土的厚度的技术问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出了一种观测微生物固化与植被生长的试验装置，其中，包括：试验盒、观测装置和注浆装置；

所述试验盒包括用于放置土体的盒体、设置于所述盒体内以将所述盒体内部分隔成多个土体观测空间的分隔墙，每个土体观测空间中具有至少一个沿竖直方向延伸至所述盒体的底部的观测管；

所述观测装置包括彼此电连接的观测主机以及探测设备，所述探测设备包括支撑组件和能够横向运动以及竖向运动地安装于所述支撑组件的探头，以能够使所述探头相对于所述盒体横向运动以及通过竖向运动进出所述观测管；

所述注浆装置包括注浆设备和用于盖在所述盒体的上方的注浆板，所述注浆板具有贯通所述注浆板的上表面和下表面的对应所述观测管的观测管预留孔，所述注浆板的下表面设置有多个注浆喷头，所述注浆板的上表面设置有与所述注浆设备连接的注浆口，所述注浆口与所述多个注浆喷头通过所述注浆板中的浆液流道连接。

优选地，所述注浆喷头螺纹连接于所述注浆板的螺纹接口，所述螺纹接口处适配有密封螺帽。

优选地，所述盒体的底板设置有用于固定所述分隔墙的分隔墙凹槽和用于固定所述观测管的观测管凹槽，所述分隔墙凹槽和观测管凹槽中设置有止水圈，所述观测管为透明管，所述分隔墙为透明板。

优选地，所述分隔墙上设置有用于确定所在区域表层土体固化深度的刻度，所述观测管与所述分隔墙的墙顶相同高度处设置有环状标记。

优选地，所述注浆板中设置有多个注浆板中隔墙以将所述注浆板分隔成多个注浆区，所述浆液流道包括与所述注浆口连接的第一注浆管和与所述第一注浆管连接的第二注浆管，每个所述注浆板中隔墙中设置有所述第一注浆管，每个注浆区中设置有所述第二注浆管，所述第一注浆管上设置有注浆管开关，所述第二注浆管通向所述注浆喷头，每个注浆区中设置有所述注浆喷头，并且所述注浆区在所述盒体上方与所述土体观测空间一一对应。

优选地，所述注浆设备包括包括浆液罐、流量计和浆液泵，并且所述浆液罐、流量计、浆液泵和所述注浆口通过泵管顺次连接。

优选地，所述探头上设置有光源、摄像头和激光发射器，所述探测器支架包括支撑架、滑轨、电动转机和螺纹杆，所述电动转机上设置有水准气泡，所述滑轨架设于所述支撑架并横跨所述盒体的上方，所述电动转机可滑动地安装所述滑轨上，所述螺纹杆可升降地与所述电动转机传动连接，所述探头通过驱动转轴连接至所述螺纹杆下端。

优选地，所述螺纹杆中具有过线孔，所述观测主机与所述探头通过电力数据线电连接，所述电力数据线穿过所述过线孔与所述光源、摄像头和激光发射器电连接，所述观测主机还与所述驱动转轴的控制装置信号连接，所述激光发射器位于所述探头底部与所述驱动转轴的中心轴线重合的位置。

优选地，所述试验装置包括用于适配所述观测管的上端口的盖板，所述盖板的上部中央设置有圆孔，所述盖板的下端具有凸起部，所述凸起部的外径等于所述观测管的内径，以使所述盖板盖在观测管上后，所述圆孔始终位于所述观测管的中心轴线上，所述圆孔用于与所述激光发射器发出的激光进行对准配合。

此外，本发明还提供一种上述的观测微生物固化与植被生长的试验装置的使用方法，其中，所述使用方法包括步骤：

a、将观测管插入观测管凹槽，将分隔墙插入分隔墙凹槽，固定好观测管和分隔墙后分层在盒体中填入目标土体并对目标土体压实，保证每个区域中目标土体的密实度相同，目标土体的高度与分隔墙的高度保持一致；

b、将注浆板的下表面放置在土体上，并使得观测管穿过注浆板上的观测管预留孔，将注浆板压向目标土体，使得注浆喷头压入目标土体中；

c、将菌液和胶结液放入到不同的浆液罐中，打开所要胶结区域的注浆管开关，打开浆液泵，通过流量计确定注入的浆液量，先注入菌液，静置一段时间后，再注入胶结液；

d、注浆结束后，在固化土体表层喷洒一层含有植物种子的营养土，放置在阳光处且进行日常养护，保证植物正常生长；

e、待植物根系开始生长，将探测设备放于试验盒周围指定位置，然后完成支撑组件对中调平操作；

f、打开观测主机，控制探头向下移动至观测管的环状标记处，该环状标记所对应的位置即为土层上表面，打开探头上的光源和摄像头，此时观测主机从零开始记录探头下降高度，探头达到指定位置后，通过摄像头获取所需的根系生长图片。

(三)有益效果

本发明与现有技术对比，本发明的观测微生物固化与植被生长的试验装置的有益效果包括：

1)整个试验装置采用组装的方式，且组装步骤操作简单，便于试验装置拆卸和运输；

2)试验盒设置了分隔墙，分隔墙将试验盒分成了不同的区域，可以在试验盒同时进行对照试验，分隔墙上设置了刻度，有利于把控各区域表层土的固化厚度。

3)设置了透明的玻璃管作为观测管，将探测设备放入观测管中，观测管设置了环形标记，该标记和分隔墙墙顶的高度一致，又分隔墙墙顶的位置为土体表面，保证了探头下降高度的记录位置一致，观测主机可以对探头下降高度精确控制，且可以记录探头下降高度，提高了整个试验的准确性，且探头上设置了光源，保证了在黑暗环境中的成像效果，探头采用全角度旋转，便于观测整个观测管周围植物根系的生长情况，能获得更多的图像数据进行试验结果的分析；

4)注浆头采用螺栓的形式固定在注浆板上，通过在试盒内的不同区域设置不同的注浆喷头长度，来实现不同区域具有不同的表层土固化厚度，方便简单，且准确，此外密封螺帽的引入，也可轻松实现对不同区域注浆喷头个数的控制；

5)注浆管的布置和注浆管开关的设置，既可以满足同时对各个区域注浆，保证每个区域注浆时的注浆压力一致，也可以实现不用区域的分区灌注，增强了整个试验灌注过程的多样性。

6)滑轨的引入，很好的解决了探测设备对中的问题。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明实施方式的观测微生物固化与植被生长的试验装置的示意图；

图2为本发明实施方式的盒体的底板的立体图；

图3为本发明实施方式的注浆板的上表面视角视图；

图4为本发明实施方式的注浆板的下表面视角视图；

图5为本发明实施方式的注浆板的内部结构视图；

图6为为本发明实施方式的注浆设备的示意图；

图7为本发明实施方式的探测设备的部分零部件视图；

图8为本发明实施方式的螺纹杆与电动转机的装配示意图；

图9为本发明实施方式的探测设备的总体示意图；

图10为本发明实施方式的探测设备的局部装配示意图；

图11为本发明实施方式的盖板的示意图；

图12为本发明实施方式的试验盒的示意图。

附图标记说明：

1、观测主机；2、电力数据线；3、盒体；4、探测设备；5、分隔墙；6、观测管；7、分隔墙凹槽；8观测管凹槽；9、注浆板中隔墙；10、观测管预留孔；11、注浆口；12、注浆板；13、注浆管开关；14、注浆喷头；15、第一注浆管；16、第二注浆管；18、螺纹杆；19、驱动转轴；20、探头；21、光源；22、摄像头；23、转机齿轮；24、电动转机；25、水准气泡；26、滑轨；27、支撑架；28、第一螺旋支座；29、泵管；30、浆液泵；31、流量计；32、浆液罐；33、滑块；34、第二螺旋支座；35、盖板；36、圆孔。

图中未标注的部件并不涉及本发明的核心发明点，因此不再一一标记。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

参见图1和图12，本发明提供一种观测微生物固化与植被生长的试验装置，其中，包括：试验盒、观测装置和注浆装置；

试验盒包括用于放置土体的盒体3、设置于盒体3内以将盒体3内部分隔成多个土体观测空间的分隔墙5，每个土体观测空间中具有至少一个沿竖直方向延伸至盒体3的底部的观测管6；

观测装置包括彼此电连接的观测主机1以及探测设备4，探测设备4包括支撑组件和能够横向运动以及竖向运动地安装于支撑组件的探头20，以能够使探头20相对于盒体3横向运动以及通过竖向运动进出观测管6；

注浆装置包括注浆设备和用于盖在盒体3的上方的注浆板12，注浆板12具有贯通注浆板12的上表面和下表面的对应观测管6的观测管预留孔10，注浆板12的下表面设置有多个注浆喷头14，注浆板12的上表面设置有与注浆设备连接的注浆口11，注浆口11与多个注浆喷头14通过注浆板12中的浆液流道连接，当然，观测管6的设置应正好和注浆板12上的观测管预留孔10的位置重合，可以在不同的区域设置不同数量的注浆喷头14，通过在不同的区域设置不同的注浆喷头14的数量，寻找注浆最优效果。

优选地，注浆喷头14螺纹连接于注浆板12的螺纹接口，螺纹接口处适配有密封螺帽(例如橡胶螺帽或其他各种合适类型的螺帽)，且螺纹接口开孔置于注浆板下表面内，以免螺纹接口突出部分插入土层表面，影响实验结果，密封螺帽的设置，一方面可以将螺纹接口封闭，防止漏浆，另一方面，可以在不同的分区采用密封螺帽对不同数量的螺纹接口进行封堵，从而实现调整不同分区实际工作的注浆喷头14的数量的目的，这样也可以探究注浆喷头14数量对微生物固化效果的影响，引入密封螺帽的巨大意义在于，完全可以通过密封螺帽来控制实际工作的注浆喷头14数量，从而可以设置固定数量的注浆喷头14，而无需频繁调整注浆喷头14在各区的设置数量，仅通过密封螺帽即可实现对注浆喷头14的数量的灵活调整。

根据本发明的具体实施方式，盒体3的底板设置有用于固定分隔墙5的分隔墙凹槽7和用于固定观测管6的观测管凹槽8，分隔墙凹槽7和观测管凹槽8中设置有止水圈，观测管6为透明管，分隔墙5为透明板。分隔墙5上设置有用于确定所在区域表层土体固化深度的刻度，观测管6与分隔墙5的墙顶相同高度处设置有环状标记。

此外，注浆板12中设置有多个注浆板12中隔墙9以将注浆板12分隔成多个注浆区，浆液流道包括与注浆口11连接的第一注浆管15和与第一注浆管15连接的第二注浆管16，每个注浆板12中隔墙9中设置有第一注浆管15，每个注浆区中设置有第二注浆管16，第一注浆管15上设置有注浆管开关13，第二注浆管16通向注浆喷头14，每个注浆区中设置有注浆喷头14，并且注浆区在盒体3上方与土体观测空间一一对应。注浆设备包括包括浆液罐32、流量计31和浆液泵30，并且浆液罐32、流量计31、浆液泵30和注浆口11通过泵管29顺次连接。

根据本发明的具体实施方式，探头20上设置有光源21、摄像头22和激光发射器，探测器支架包括支撑架27、滑轨26、电动转机24和螺纹杆18，电动转机24上设置有水准气泡25，支撑架27下端可以设置有第一螺旋支座28，滑轨26架设于支撑架27并横跨盒体3的上方，电动转机24可滑动(例如通过滑块33安装，电动转机24与滑块33之间有第二螺旋支座34)地安装滑轨26上，螺纹杆18可升降地与电动转机24传动连接(一种示例可以是通过电动转机24安装的转机齿轮23与螺纹杆18上的直线齿部配合)，探头20通过驱动转轴19(驱动转轴19优选能360°旋转)连接至螺纹杆18下端。具体操作时，待植物根系开始生长，将探测设备4放入试验盒周围指定位置，调节支撑架27下端的第一螺旋支座28，进行粗略调平，将盖板35盖在观测管6上，打开观测主机1，然后移动滑块33，使探头20上的激光对准盖板35上的圆孔36，关闭激光，调节电动转机24上的第二螺旋支座34，进行精确调平。拿开盖板35，操控观测主机1控制探测杆向下移动至观测管6的环状标记处，该标记所对应的位置即为土层上表面，打开探头20上的光源21和摄像头22，此时观测主机1从零开始记录探头20下降高度，达到指定位置后，摄像获取所需的根系生长图片(该部分再后续方法介绍中也会提到)。

根据本发明的优选实施方式，螺纹杆18中具有过线孔，观测主机1与探头20通过电力数据线2电连接，电力数据线2穿过过线孔与光源21、摄像头22和激光发射器电连接，观测主机1还与驱动转轴19的控制装置信号连接，激光发射器位于探头20底部与驱动转轴19的中心轴线重合的位置。

此外，试验装置包括用于适配观测管6的上端口的盖板35，盖板35的上部中央设置有圆孔36，盖板35的下端具有凸起部，凸起部的外径等于观测管6的内径，以使盖板35盖在观测管6上后，圆孔36始终位于观测管6的中心轴线上，圆孔36用于与激光发射器发出的激光进行对准配合。

本发明还提供一种上述的观测微生物固化与植被生长的试验装置的使用方法，使用方法包括步骤：

a、将观测管6插入观测管凹槽8，将分隔墙5插入分隔墙凹槽7，固定好观测管6和分隔墙5后分层在盒体3中填入目标土体并对目标土体压实，保证每个区域中目标土体的密实度相同，目标土体的高度与分隔墙5的高度保持一致；

b、将注浆板12的下表面放置在土体上，并使得观测管6穿过注浆板12上的观测管预留孔10，将注浆板12压向目标土体，使得注浆喷头14压入目标土体中；

c、将菌液和胶结液放入到不同的浆液罐32中，打开所要胶结区域的注浆管开关13，打开浆液泵30，通过流量计31确定注入的浆液量，先注入菌液，静置一段时间后，再注入胶结液；

d、注浆结束后，在固化土体表层喷洒一层含有植物种子的营养土，放置在阳光处且进行日常养护，保证植物正常生长；

e、待植物根系开始生长，将探测设备4放于试验盒周围指定位置，然后完成支撑组件对中调平操作；

f、打开观测主机1，控制探头20向下移动至观测管6的环状标记处，该环状标记所对应的位置即为土层上表面，打开探头20上的光源21和摄像头22，此时观测主机1从零开始记录探头20下降高度，探头20达到指定位置后，通过摄像头22获取所需的根系生长图片。

需要说明的是，本发明可以具有多种变换方式，例如各个区域喷洒的植物种类可以相同也可以不相同，不相同时可用来研究不同固化厚度对不同植物根系生长的影响。本发明采用的微生物注浆方式，也可以采用喷淋等方式，此外，本发明所能进行的试验测试内容不仅仅局限于以上内容，在微生物固化土层和植物种植过程中也可以采用现有的方法进行含水量、孔隙水压力、硬度等测试等等。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。