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  • 权利要求
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  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
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    • 专利摘要:
    本实用新型公开了一种小型微生物水泥动水侵蚀测试装置，包括固定装置、侵蚀装置、控制装置和动力装置；固定装置包括两个底座、两个侧面立架、顶部支架以及搅拌器基座；侵蚀装置包括侵蚀缸，侵蚀缸设置顶盖，顶盖设置进水口、顶盖孔洞、滑动槽孔，侵蚀缸侧壁上方设置水位线，内侧设置固定支架，侧壁下方设置出水口；动力装置包括磁性搅拌子；控制装置包括速度调节旋钮、温度调节旋钮、计时开关、计时显示屏、马达、转动轴、永久磁铁、电炉盘；通过速度调节旋钮调节马达的转动进而带动永久磁铁旋转，磁铁旋转产生不断变化的磁场，进而驱动处于磁场中的磁性搅拌子转动，磁性搅拌子在溶液中旋转致使水流转动。
    公开号:CN214334627U
    申请号:CN202023111567.6U
    申请日:2020-12-22
    公开日:2021-10-01
    发明作者:徐国宾；董帅；杨德锋
    申请人:Tianjin University；
    IPC主号:G01N17-00
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型涉及水利工程领域，更具体的说，是涉及一种小型微生物水泥动水侵蚀测试装置。
    [n0002] 水流侵蚀引起的残积土边坡表面失稳是世界范围内普遍存在的问题。受河道水流影响，一方面岸坡土体长期浸泡在水中，会造成土的内摩擦角及凝聚力降低，易造成河岸土体流失。另一方面，岸坡土体长期受降雨和河流的直接冲刷极易造成土体的崩解。微生物水泥是基于微生物诱导碳酸钙沉淀技术，可用于胶结土颗粒从而增强土壤的工程性质，在固化岸坡上具有很大潜力，为了更精确地了解微生物水泥在实际岸坡上的应用效果，需要提前测试微生物加固土体的抗侵蚀性，测定固化土体的崩解率。
    [n0003] 以往实验室测土体崩解率的实验装置均只适用于静水情况，只能模拟岸坡土体浸泡水中的崩解率，但实际的河流一直处于流动状态，动水侵蚀是造成岸坡破坏的主要因素，要实现微生物水泥动水侵蚀测试，则需要进行大型水槽实验，在水槽中模拟真实岸坡进行冲刷测试，过程繁琐，准备时间长，耗材量大，测量难度大，需要的条件高，难以在短时间进行不同固化强度土体的测试。
    [n0004] 本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提出一种小型微生物水泥动水侵蚀测试装置，用于测量在动水中微生物水泥的侵蚀强度，以更准确地模拟微生物水泥在真实河道岸坡应用的情况。
    [n0005] 本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。
    [n0006] 本实用新型小型微生物水泥动水侵蚀测试装置，包括固定装置、侵蚀装置、控制装置和动力装置；
    [n0007] 所述固定装置包括两个底座、两个侧面立架、顶部支架以及搅拌器基座，两个底座上分别固定一个侧面立架，所述顶部支架滑动连接于两个侧面立架之间并保持水平，所述搅拌器基座固定在两个底座之间，并位于顶部支架正下端；
    [n0008] 所述侵蚀装置包括放置于搅拌器基座顶端中部的侵蚀缸，所述侵蚀缸顶部设置有顶盖，所述顶盖上设置有配置有进水阀的进水口、配置有温度计的顶盖孔洞、配置有流速仪的滑动槽孔，所述侵蚀缸侧壁上方设置有水位线，所述侵蚀缸内侧中部设置有用于放置待测微生物水泥式样的固定支架，所述侵蚀缸侧壁下方设置有出水口并配置出水阀；
    [n0009] 所述动力装置包括放置于侵蚀缸内侧底部中心且处于变化磁场中的长条状磁性搅拌子；
    [n0010] 所述控制装置包括速度调节旋钮、温度调节旋钮、计时开关、计时显示屏、马达、转动轴、永久磁铁、电炉盘；所述速度调节旋钮、温度调节旋钮、计时开关、计时显示屏设置于搅拌器基座前端面，所述马达竖直设置于搅拌器基座内部，所述转动轴竖直设置于马达上端面，所述转动轴顶部水平轴端设置两块永久磁铁，所述电炉盘设置于搅拌器基座顶端内壁，且位于永久磁铁上方；所述速度调节旋钮与马达控制连接，通过速度调节旋钮调节马达的转动进而带动永久磁铁旋转，磁铁旋转产生不断变化的磁场，进而驱动处于磁场中的磁性搅拌子转动，磁性搅拌子在溶液中旋转致使水流转动；所述温度调节旋钮内部与电炉盘连接，改变侵蚀缸中溶液温度；所述计时开关和计时显示屏附有定时电路，用以设定或记录测试进行的时间。
    [n0011] 所述搅拌器基座上表面为云母绝缘层；所述顶部支架通过可调轮轴与两个侧面立架连接，通过可调轮轴沿着两个侧面立架纵向调节高度。
    [n0012] 所述固定支架由四根轴向铁丝、四根径向铁丝以及铁丝网格组成，所述铁丝网格水平设置且与侵蚀缸同轴线设置，四根径向铁丝等长并均匀固定在侵蚀缸中部的同一水平面，四根径向铁丝一端分别沿圆周方向等间距固定于侵蚀缸内壁，另一端分别与四根轴向铁丝顶部连接，四根轴向铁丝底部均与铁丝网格连接；所述出水口设置在铁丝网格以下位置。
    [n0013] 所述侵蚀缸为圆柱形透明玻璃缸，顶部开口底部封闭；所述顶盖为圆柱形玻璃盖；所述顶盖孔洞尺寸大于温度计尺寸，所述滑动槽孔为矩形，位置及开孔方向和顶盖孔洞处于同一直径上并处于圆心两侧，所述滑动槽孔长度大于铁丝网格半径。
    [n0014] 所述温度计和流速仪下部分别通过顶盖孔洞和滑动槽孔进入侵蚀缸，所述温度计和流速仪上部均通过可调轮轴与顶部支架连接，通过可调轮轴调整温度计高度以及流速仪的位置。
    [n0015] 与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：
    [n0016] (1)本实用新型依据静水中崩解率测试实验而演变到动水中，将磁性搅拌器的原理应用到微生物水泥的崩解率测试中，通过处在变化磁场中的磁性搅拌子的圆周自转带动侵蚀缸中的水流旋转形成漩涡，创造动水条件，更能反映出河道冲刷的真实情况；并且可以通过控制水溶液、水温及流速的变化以实现不同水环境条件下的微生物水泥侵蚀测试。
    [n0017] (2)本实用新型定义了新的崩解率及崩解速率并给出了计算公式，能够定量地反映出微生物水泥砂柱在动水中的抗侵蚀性。
    [n0018] (3)本实用新型实验装置小，对比以往的微生物水泥抗侵蚀性测试的大型水槽实验，耗材少，操作简便，易测量实验参数，测试时间短，且适用于多种动水环境下的微生物水泥的定量侵蚀测试。
    [n0019] (4)本实用新型设计的小型微生物水泥动水侵蚀测试装置，在实验室即可进行，可以进行不同水环境、不同流速、不同水温的动水冲刷实验，相较于静水崩解率实验能更真实反应岸坡的受冲刷状态，另外可直接将制好微生物水泥砂柱进行测试实验，实验装置小，占用空间小，原理简单，操作方便。
    [n0020] 图1是本实用新型小型微生物水泥动水侵蚀测试装置的结构示意图；
    [n0021] 图2为本实用新型测试装置中搅拌器基座内部结构示意图；
    [n0022] 图3是本实用新型测试装置在实验测试中侵蚀缸部分的俯视图；
    [n0023] 图4是本实用新型测试装置中固定支架部分的结构示意图。
    [n0024] 附图标记：1-底座；2-侧面立架；3-顶部支架；4-可调轮轴；5-温度计；6-流速仪；7-侵蚀缸；8-顶盖；9-进水口；10-进水阀；11-顶盖孔洞；12-滑动槽孔；13-水位线；14-固定支架；15-出水口；16-出水阀；17-磁性搅拌子；18-速度调节旋钮；19-温度调节旋钮；20-计时显示屏；21-计时开关；22-搅拌器基座；23-待测微生物水泥式样；24-马达；25-转动轴；26-永久磁铁；27-电炉盘；28-云母绝缘层；29-定时电路。
    [n0025] 下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。
    [n0026] 如图1至图4所示，本实用新型小型微生物水泥动水侵蚀测试装置，包括固定装置、侵蚀装置、动力装置和控制装置。
    [n0027] 所述固定装置包括两个底座1、两个侧面立架2、顶部支架3以及搅拌器基座22。两个底座1上分别固定一个侧面立架2，所述顶部支架3滑动连接于两个侧面立架2之间并保持水平，其连接处设有用于调节松紧的可调轮轴4，通过可调轮轴4沿着两个侧面立架2纵向调节高度。所述搅拌器基座22上表面为云母绝缘层，所述搅拌器基座22固定在两个底座1之间，并位于顶部支架3正下端，且保证顶盖孔洞11、滑动槽孔12和顶部支架3处在同一垂面上。
    [n0028] 所述侵蚀装置包括固定于于搅拌器基座22顶端中部的侵蚀缸7，所述侵蚀缸7为圆柱形透明玻璃缸，顶部开口底部封闭。所述侵蚀缸7顶部设置有顶盖8，所述顶盖8为圆柱形玻璃盖。所述顶盖8上设置有配置有进水阀10的进水口9、配置有温度计5的顶盖孔洞11、配置有流速仪6的滑动槽孔12。所述侵蚀缸7侧壁上方设置有水位线13，所述侵蚀缸7内侧中部设置有用于放置待测微生物水泥式样23的固定支架14，所述侵蚀缸7侧壁下方设置有出水口15并配置出水阀16。
    [n0029] 其中，所述顶盖孔洞11尺寸应稍大于温度计5尺寸，所述滑动槽孔12为矩形，位置及开孔方向和顶盖孔洞11处于同一直径上并处于圆心两侧，所述滑动槽孔12长度稍大于铁丝网格半径。
    [n0030] 其中，所述温度计5和流速仪6下部分别通过顶盖孔洞11和滑动槽孔12进入侵蚀缸7，所述温度计5和流速仪6上部均通过可调轮轴4与顶部支架3竖直连接，通过可调轮轴4调整温度计5高度以及流速仪6上下左右的位置，一方面保证温度计5液泡浸入水溶液，另一方面保证流速仪6贴近待测微生物水泥式样23以保证所测流速的有效性。
    [n0031] 其中，所述固定支架4由四根轴向铁丝、四根径向铁丝以及铁丝网格组成。所述铁丝网格水平设置且与侵蚀缸7同轴线设置，四根径向铁丝等长并均匀固定在侵蚀缸7中部的同一水平面，四根径向铁丝一端分别沿圆周方向等间距固定于侵蚀缸7内壁，另一端分别与四根轴向铁丝顶部连接，四根轴向铁丝底部均与铁丝网格连接。所述进水口9可以有效避免注入水溶液时中途停止引发水的倒流。所述出水口15设置在铁丝网格以下位置，以保证放水后水位线能达到待测微生物水泥式样23以下。所述水位线13需要以实际砂柱在转动水流中浸没状态而定，可实现各流速情况待测微生物水泥式样23均能够淹没于水溶液中，且在此水位线13能保证水流正常旋转。
    [n0032] 所述动力装置包括放置于侵蚀缸7内侧底部中心且处于变化磁场中的长条状磁性搅拌子17，所述磁性搅拌子17应依据侵蚀缸的尺寸而定，以保证搅拌效果。
    [n0033] 所述控制装置包括速度调节旋钮18、温度调节旋钮19、计时开关21、计时显示屏20、马达24、转动轴25、永久磁铁26、电炉盘27。所述速度调节旋钮18、温度调节旋钮19、计时开关21、计时显示屏20设置于搅拌器基座22前端面，所述马达24竖直设置于搅拌器基座22内部，所述转动轴25竖直设置于马达24上端面，所述转动轴25顶部水平轴端设置两块永久磁铁26，所述电炉盘27设置于搅拌器基座22顶端内壁，且位于永久磁铁26上方。所述速度调节旋钮18与马达24控制连接，通过速度调节旋钮18调节马达24的转动进而带动永久磁铁26旋转，磁铁旋转产生不断变化的磁场，进而驱动处于磁场中的磁性搅拌子17转动，磁性搅拌子17在溶液中旋转致使水流转动。所述速度调节旋钮18通过控制连接马达24的转速进而控制磁性搅拌子17转动速度，从而控制水流流速。所述温度调节旋钮19内部与电炉盘27连接，可改变侵蚀缸7中溶液温度，用于测试不同温度下的土体崩解。所述计时开关21和计时显示屏20附有定时电路29，用以设定或记录测试进行的时间。
    [n0034] 本实用新型小型微生物水泥动水侵蚀测试方法，具体实现过程如下：
    [n0035] 步骤一：待测微生物水泥式样23为圆柱体，将待测微生物水泥式样23置于干燥箱中干燥24h后称重，测得初始质量为m0，同时测量待测微生物水泥式样23的尺寸，高为h，半径为r0，计算表面积S，公式如下：
    [n0036]
    [n0037] 式中：r0为待测微生物水泥式样初始半径，cm；h为待测微生物水泥式样初始的高，cm。
    [n0038] 然后打开顶盖8，将待测微生物水泥式样23放在侵蚀缸7中的固定支架14中心，盖上顶盖8。
    [n0039] 步骤二：确定待模拟的受侵蚀土体所处水流环境，测量待模拟的受侵蚀土体所处水流环境水溶液样本的密度、成分，配置受侵蚀土体所处水流环境的水溶液。关闭出水阀16，打开顶盖8上的进水阀10，通过输液管道连接配置好的溶液、蠕动泵和进水口9，开启蠕动泵，将配置好的水溶液缓慢注入侵蚀缸7中，当水溶液水位达到水位线13时停止，注入完成后关闭进水阀10。
    [n0040] 其中，所配置的水溶液的成分、密度等依据实际流体而定，可模拟多种环境，如一般河道，海岸、重金属河流等的岸坡冲刷。水位线为当设置各个转速时，均可以保证待测微生物水泥式样23全部浸在水溶液以下时的水位线，且在此水位线13能保证水流正常旋转。
    [n0041] 步骤三：将温度计5固定于顶部支架3上，调节可调轮轴4至温度计5的玻璃泡淹没水溶液中，测量当前温度，若当前水溶液温度未达到所需温度T，则需转动温度调节旋钮19进行温度调节。按照所需温度T，转动温度调节旋钮19，静置等待水溶液被加热(或降温)，观察温度计5读数直至温度升高并稳定到T后，取出温度计5。其中，温度调节旋钮19可以控制水溶液升温或降温，以实现测试不同季节的河道冲刷。
    [n0042] 步骤四：将流速仪6固定于顶部支架3上，底部浸入水溶液中并尽量靠近待测微生物水泥式样23，转动速度调节旋钮18，溶液中磁性搅拌子17开始转动并带动溶液旋转，观察流速仪6，待流速仪6读数稳定在所需流速后，读取流速仪6读数v0，并打开计时开关21开始计时。
    [n0043] 其中，搅拌过程中不能使侵蚀缸7脱离搅拌器基座22，测试前应提前在侵蚀缸7底部放置磁性搅拌子17，不能在转动速度调节旋钮18后再放置磁性搅拌子17，若转动速度调节旋钮18后磁性搅拌子17未自转而产生其他运动，则应使转动停止并重新转动速度调节旋钮18。
    [n0044] 步骤五：待到所设置测试时间t后，转动速度调节旋钮18至关闭，待水流稳定恢复静态后，转动温度调节旋钮19至关闭，同时停止计时，放出侵蚀缸7中的水溶液，当水位降低到待测微生物水泥式样23以下可关闭出水阀16，停止放水。
    [n0045] 步骤六：调节流速仪6处的可调轮轴4并取出流速仪6，打开顶盖8并取出侵蚀后的微生物水泥式样，放入干燥箱中干燥24h后称重，测量得到侵蚀后待测微生物水泥式样的剩余质量mt，计算得到崩解率A和崩解速率U。
    [n0046] 定义土体的崩解率为A，则在流速v0，温度为T条件下的待测微生物水泥式样的崩解率为：
    [n0047]
    [n0048] 式中：A为土体的崩解率，％；m0为待测微生物水泥式样初始质量，g；mt为侵蚀后待测微生物水泥式样的剩余质量，g。
    [n0049] 定义土体的崩解速率为U，则在流速v0，温度为T条件下的待测微生物水泥式样的崩解速率为：
    [n0050]
    [n0051] 式中：U为土体崩解速率，g/(cm2·min)；S为待测微生物水泥式样初始表面积，cm2；t为所设置测试时间，min。
    [n0052] 尽管上面结合附图对本实用新型的功能及工作过程进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
    权利要求:
    Claims (5)
    [0001] 1.一种小型微生物水泥动水侵蚀测试装置，其特征在于，包括固定装置、侵蚀装置、控制装置和动力装置；
    所述固定装置包括两个底座(1)、两个侧面立架(2)、顶部支架(3)以及搅拌器基座(22)，两个底座(1)上分别固定一个侧面立架(2)，所述顶部支架(3)滑动连接于两个侧面立架(2)之间并保持水平，所述搅拌器基座(22)固定在两个底座(1)之间，并位于顶部支架(3)正下端；
    所述侵蚀装置包括放置于搅拌器基座(22)顶端中部的侵蚀缸(7)，所述侵蚀缸(7)顶部设置有顶盖(8)，所述顶盖(8)上设置有配置有进水阀(10)的进水口(9)、配置有温度计(5)的顶盖孔洞(11)、配置有流速仪(6)的滑动槽孔(12)，所述侵蚀缸(7)侧壁上方设置有水位线(13)，所述侵蚀缸(7)内侧中部设置有用于放置待测微生物水泥式样(23)的固定支架(14)，所述侵蚀缸(7)侧壁下方设置有出水口(15)并配置出水阀(16)；
    所述动力装置包括放置于侵蚀缸(7)内侧底部中心且处于变化磁场中的长条状磁性搅拌子(17)；
    所述控制装置包括速度调节旋钮(18)、温度调节旋钮(19)、计时开关(21)、计时显示屏(20)、马达(24)、转动轴(25)、永久磁铁(26)、电炉盘(27)；所述速度调节旋钮(18)、温度调节旋钮(19)、计时开关(21)、计时显示屏(20)设置于搅拌器基座(22)前端面，所述马达(24)竖直设置于搅拌器基座(22)内部，所述转动轴(25)竖直设置于马达(24)上端面，所述转动轴(25)顶部水平轴端设置两块永久磁铁(26)，所述电炉盘(27)设置于搅拌器基座(22)顶端内壁，且位于永久磁铁(26)上方；所述速度调节旋钮(18)与马达(24)控制连接，通过速度调节旋钮(18)调节马达(24)的转动进而带动永久磁铁(26)旋转，磁铁旋转产生不断变化的磁场，进而驱动处于磁场中的磁性搅拌子(17)转动，磁性搅拌子(17)在溶液中旋转致使水流转动；所述温度调节旋钮(19)内部与电炉盘(27)连接，改变侵蚀缸(7)中溶液温度；所述计时开关(21)和计时显示屏(20)附有定时电路(29)，用以设定或记录测试进行的时间。
    [0002] 2.根据权利要求1所述的小型微生物水泥动水侵蚀测试装置，其特征在于，所述搅拌器基座(22)上表面为云母绝缘层；所述顶部支架(3)通过可调轮轴(4)与两个侧面立架(2)连接，通过可调轮轴(4)沿着两个侧面立架(2)纵向调节高度。
    [0003] 3.根据权利要求1所述的小型微生物水泥动水侵蚀测试装置，其特征在于，所述固定支架(14)由四根轴向铁丝、四根径向铁丝以及铁丝网格组成，所述铁丝网格水平设置且与侵蚀缸(7)同轴线设置，四根径向铁丝等长并均匀固定在侵蚀缸(7)中部的同一水平面，四根径向铁丝一端分别沿圆周方向等间距固定于侵蚀缸(7)内壁，另一端分别与四根轴向铁丝顶部连接，四根轴向铁丝底部均与铁丝网格连接；所述出水口(15)设置在铁丝网格以下位置。
    [0004] 4.根据权利要求1所述的小型微生物水泥动水侵蚀测试装置，其特征在于，所述侵蚀缸(7)为圆柱形透明玻璃缸，顶部开口底部封闭；所述顶盖(8)为圆柱形玻璃盖；所述顶盖孔洞(11)尺寸大于温度计(5)尺寸，所述滑动槽孔(12)为矩形，位置及开孔方向和顶盖孔洞(11)处于同一直径上并处于圆心两侧，所述滑动槽孔(12)长度大于铁丝网格半径。
    [0005] 5.根据权利要求1所述的小型微生物水泥动水侵蚀测试装置，其特征在于，所述温度计(5)和流速仪(6)下部分别通过顶盖孔洞(11)和滑动槽孔(12)进入侵蚀缸(7)，所述温度计(5)和流速仪(6)上部均通过可调轮轴(4)与顶部支架(3)连接，通过可调轮轴(4)调整温度计(5)高度以及流速仪(6)的位置。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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