一種柔性防滲體接縫結(jié)構(gòu)水力動態(tài)試驗儀及試驗方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)針對高堆石壩面膜或面板防滲結(jié)構(gòu)蓄水運行后一定深度以下壩體上游面周邊防滲膜常規(guī)錨固方式的部位或面板周邊縫接縫柔性止水易產(chǎn)生的破壞現(xiàn)象，公開了一種模擬現(xiàn)場在上下不同接觸材料條件下的變形破壞的柔性防滲接縫結(jié)構(gòu)水力動態(tài)試驗儀及試驗方法。柔性防滲體接縫結(jié)構(gòu)水力動態(tài)試驗儀主要由高壓容器（壓力室）及進出水（氣）管閥系統(tǒng)、試樣安裝平臺及規(guī)矩系統(tǒng)、位移和壓力量測反饋控制系統(tǒng)及監(jiān)視系統(tǒng)組成。通過試驗可揭示高面膜堆石壩一定水深防滲體周邊錨固接縫處破壞的機理。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及柔性防滲體接縫結(jié)構(gòu)水力動態(tài)試驗儀器及其試驗方法，屬于高面膜堆石壩膜防滲結(jié)構(gòu)

技術(shù)介紹
水資源開發(fā)利用中的水庫大壩采用土石材料筑壩的占了大部分比例，雖然其中大部分屬于中低壩，但世界上最高的壩為土石壩。高堆石壩中的防滲體主要采用黏性土心墻或鋼筋混凝土面板，而對于壩址地基為較深覆蓋層時，只能采用黏土心墻（或斜心墻）連接地基混凝土防滲墻的型式。高黏土心墻堆石壩需在壩址附近采集黏土，不僅征地代價高，而且造成地表植被破壞，影響生態(tài)環(huán)境。采用高分子聚合物膜成的柔性防滲體可取代黏性土，不完全統(tǒng)計，至2010年全球至少有167座土石壩采用膜防滲。對于較高的面膜堆石壩，壩體受到自重和水壓力作用后堆石材料將產(chǎn)生最大相對于壩高0.5%~1%的位移變形，鋪設在壩面上的膜將隨壩體一起位移，而膜的周邊錨固在幾乎不變形的巖體或混凝土體上，變形的壩體與幾乎不變形的巖體之間相對于一條接縫，使膜在巖體或混凝土體與土石壩體的交界處很小的尺度內(nèi)產(chǎn)生相對較大的拉伸變形，由于膜上下接觸材料界面的約束，膜自身具有的很大延伸性也難以發(fā)揮作用，在壩面與巖體的接縫部位極易發(fā)生破壞，此處簡稱“接縫處破壞”。“接縫處破壞”與該處承受水頭、該處壩體變形量、膜與上下接觸材料的界面特性以及膜自身物理力學特性有關(guān)，且隨著水庫初蓄水時水頭的增加，膜的拉伸變形是一個動態(tài)過程。如何揭示“接縫處破壞”的機理并應用于工程實踐，需要研制一種能將所考察接縫處的承受水頭、該處壩體變形量、膜與上下接觸材料的界面特性以及膜自身物理力學特性作為變量且能模擬動態(tài)過程的試驗儀器，同時開發(fā)相應的試驗方法。本專利技術(shù)“一種柔性防滲體接縫水力動態(tài)試驗儀及試驗方法”將使實現(xiàn)上述命題成為可能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對高面膜堆石壩周邊接縫結(jié)構(gòu)極易破壞但缺乏分析手段及方法提出一種柔性防滲體接縫結(jié)構(gòu)水力動態(tài)試驗儀及試驗方法。一種柔性防滲體接縫結(jié)構(gòu)水力動態(tài)試驗儀，包括壓力室及進出水（氣）管閥系統(tǒng)、試樣安裝平臺及規(guī)矩系統(tǒng)、位移和壓力量測反饋控制系統(tǒng)及監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于上述壓力室及進出水（氣）管閥系統(tǒng)、試樣安裝平臺及規(guī)矩系統(tǒng)、位移和壓力量測反饋控制系統(tǒng)及監(jiān)視系統(tǒng)三個系統(tǒng)通過傳感器、芯片和軟件形成試驗過程自行控制的整體系統(tǒng)；所述的壓力室及進出水（氣）管閥系統(tǒng)由上、下兩個壓力容器，進出水管路及控制閥構(gòu)成，上、下壓力容器通過法蘭盤連接；所述的試樣安裝平臺及規(guī)矩系統(tǒng)由帶有4條軌道的浮筒、下壓力室內(nèi)壁垂直對稱的4條豎直浮筒軌槽構(gòu)成，浮筒通過軌道與下壓力室內(nèi)壁軌槽契合只能作上下直線移動；試樣安裝平臺設置在浮筒頂部呈圓盤形，圓盤內(nèi)放置墊層和防滲膜試樣，防滲膜由法蘭盤實現(xiàn)周邊固定。所述的位移和壓力量測反饋控制系統(tǒng)由位移及壓力傳感器、反饋控制器構(gòu)成。所述的上、下壓力容器內(nèi)徑均為500mm，設計壓力2.2MPa，上壓力室內(nèi)高250mm，下壓力室內(nèi)高6500mm。所述的浮筒外徑499mm，高度300mm，浮筒頂部平臺邊緣設置壁厚2mm高度60mm的圈環(huán)，浮筒外壁設置垂直對稱的4條豎直軌道，寬度9mm，中心點凸出高度3mm；下壓力室內(nèi)壁軌槽為寬度10mm，中心點深度3mm，與浮筒外壁軌道匹配。所述的監(jiān)視系統(tǒng)由水下攝像裝置構(gòu)成。所述的柔性防滲體接縫結(jié)構(gòu)水力動態(tài)儀的試驗方法，主要步驟為：（1）下壓力室充一些水，將頂部安裝墊層、柔性防滲體及保護層的浮筒放入下壓力室，調(diào)整水位，使柔性防滲體處于下壓力室法蘭盤的平面；（2）安裝帶有上法蘭盤的上壓力室，柔性防滲體錨固在法蘭盤內(nèi)；（3）給上下壓力室充水加壓，且上壓力室的壓力始終稍稍大于下壓力室，直至上壓力室的壓力達到試驗設計值停止加壓；（4）待壓力值穩(wěn)定一段時間后，下壓力室徐徐降壓，而上壓力室同時加壓，通過自動控制協(xié)調(diào)浮筒下降速率和上壓力室加壓速率，使浮筒平臺下降過程中始終保持上壓力室的壓力處于試驗設計壓力值的正負5%以內(nèi)；（5）位移量測系統(tǒng)實時量測并記錄浮筒平臺的下降量，攝像系統(tǒng)實時顯示并記錄柔性防滲體隨浮筒下降發(fā)生變形以及墊層的情況（柔性防滲體與墊層之間是否發(fā)生相對位移），直至柔性防滲體破壞。技術(shù)效果柔性防滲體接縫結(jié)構(gòu)水力動態(tài)試驗儀可完全模擬面膜堆石壩的柔性防滲體周邊錨固接縫處在壩體位移過程中防滲體的變形過程與狀態(tài)，其突出優(yōu)越性為：（1）通過位移和壓力量測反饋控制系統(tǒng)在上壓力室水壓力始終保持試驗設計值的正負5%以內(nèi)的條件下由上、下壓力室的壓力差驅(qū)使浮筒試樣安裝平臺向下移動，完全模擬了水庫蓄水到某一水位時的壩體位移方式；（2）在試樣上施加水壓力，克服了現(xiàn)有模型箱試驗通過液壓加壓板在試樣上施加壓力不能模擬水壓力在試樣與透水保護層之間不產(chǎn)生摩阻力的技術(shù)難題，使試驗成果與工程實際吻合度產(chǎn)生質(zhì)的提升；（3）不僅能自動采集試驗數(shù)據(jù)，而且可通過水下監(jiān)視系統(tǒng)觀察壓力容器內(nèi)試樣變形直至破壞的全過程。（4）柔性防滲體接縫結(jié)構(gòu)水力動態(tài)試驗儀及其試驗方法該研究領(lǐng)域的空白，具有原創(chuàng)性。附圖說明圖1是柔性防滲體接縫結(jié)構(gòu)動態(tài)試驗儀示意圖。圖中1.試驗儀支架?2.下壓力室?3.下壓力室頂部法蘭盤?4.下壓力室內(nèi)壁4條對稱的豎向軌槽?5.下壓力室進水管?6.下壓力室進水管控制閥（自控或手動）?7.下壓力室進水管壓力傳感器（或壓力表）?8.下壓力室出水管?9.下壓力室出水管控制閥（自控或手動）?10.下壓力室出水管壓力傳感器（或壓力表）?11.下壓力室頂部排氣管12.?下壓力室排氣管控制閥（自控或手動）?13.浮筒及頂部平臺固定墊層裝置?14.浮筒外壁的4條對稱豎向軌道?15.上壓力室?16.上壓力室底部法蘭盤?17.上壓力室進水管?18.上壓力室進水管控制閥（自控或手動）?19.上壓力室進水管壓力傳感器（或壓力表）?20.上壓力室進水管流量計?21.上壓力室出水管?22.上壓力室出水管控制閥（自控或手動）?23.上壓力室出水管壓力傳感器（或壓力表）?24.上壓力室頂部排氣管25?上壓力室排氣管控制閥?26.上下壓力室壓力控制調(diào)節(jié)儀?27.浮筒位移量測系統(tǒng)?28.水下攝像系統(tǒng)?29.控制電腦具體實施方式一種柔性防滲體接縫結(jié)構(gòu)水力動態(tài)試驗儀，包括壓力室及進出水（氣）管閥系統(tǒng)、試樣安裝平臺及規(guī)矩系統(tǒng)、位移和壓力量測反饋控制系統(tǒng)及監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于上述壓力室及進出水（氣）管閥系統(tǒng)、試樣安裝平臺及規(guī)矩系統(tǒng)、位移和壓力量測反饋控制系統(tǒng)及監(jiān)視系統(tǒng)四個系統(tǒng)通過傳感器、芯片和軟件形成試驗過程自行控制的整體系統(tǒng)；壓力室及進出水（氣）管閥系統(tǒng)由上、下兩個壓力容器15和4，進出水（氣）管路17、22、24、5、8和11及控制閥18、22、18、25、6、9、12和26構(gòu)成，上、下壓力容器15和4通過法蘭盤16和3連接；試樣安裝平臺及規(guī)矩系統(tǒng)由帶有4條軌道14的浮筒13、下壓力室內(nèi)壁垂直對稱的4條豎直浮筒軌槽4構(gòu)成，浮筒13通過軌道14與下壓力室內(nèi)壁軌槽4契合只能作上下直線移動；試樣安裝平臺設置13在浮筒頂部呈圓盤形，圓盤內(nèi)放置墊層和防滲膜試樣，防滲膜由法蘭盤16和3實現(xiàn)周邊固定。位移和壓力量測本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種柔性防滲體接縫結(jié)構(gòu)水力動態(tài)試驗儀，包括壓力室及進出水（氣）管閥系統(tǒng)、試樣安裝平臺及規(guī)矩系統(tǒng)、位移和壓力量測反饋控制系統(tǒng)及監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于上述壓力室及進出水（氣）管閥系統(tǒng)、試樣安裝平臺及規(guī)矩系統(tǒng)、位移和壓力量測反饋控制系統(tǒng)及監(jiān)視系統(tǒng)四個系統(tǒng)通過傳感器、芯片和軟件形成試驗過程自行控制的整體系統(tǒng)；所述的壓力室及進出水（氣）管閥系統(tǒng)由上、下兩個壓力容器，進出水管路及控制閥構(gòu)成，上、下壓力容器通過法蘭盤連接；所述的試樣安裝平臺及規(guī)矩系統(tǒng)由帶有4條軌道的浮筒、下壓力室內(nèi)壁垂直對稱的4條豎直浮筒軌槽構(gòu)成，浮筒通過軌道與下壓力室內(nèi)壁軌槽契合只能作上下直線移動；試樣安裝平臺設置在浮筒頂部呈圓盤形，圓盤內(nèi)放置墊層和防滲膜試樣，防滲膜由法蘭盤實現(xiàn)周邊固定；所述的位移和壓力量測反饋控制系統(tǒng)由位移及壓力傳感器、反饋控制器構(gòu)成。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種柔性防滲體接縫結(jié)構(gòu)水力動態(tài)試驗儀，包括壓力室及進出水（氣）管閥系統(tǒng)、試樣安裝平臺及規(guī)矩系統(tǒng)、位移和壓力量測反饋控制系統(tǒng)及監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于上述壓力室及進出水（氣）管閥系統(tǒng)、試樣安裝平臺及規(guī)矩系統(tǒng)、位移和壓力量測反饋控制系統(tǒng)及監(jiān)視系統(tǒng)四個系統(tǒng)通過傳感器、芯片和軟件形成試驗過程自行控制的整體系統(tǒng)；
所述的壓力室及進出水（氣）管閥系統(tǒng)由上、下兩個壓力容器，進出水管路及控制閥構(gòu)成，上、下壓力容器通過法蘭盤連接；
所述的試樣安裝平臺及規(guī)矩系統(tǒng)由帶有4條軌道的浮筒、下壓力室內(nèi)壁垂直對稱的4條豎直浮筒軌槽構(gòu)成，浮筒通過軌道與下壓力室內(nèi)壁軌槽契合只能作上下直線移動；試樣安裝平臺設置在浮筒頂部呈圓盤形，圓盤內(nèi)放置墊層和防滲膜試樣，防滲膜由法蘭盤實現(xiàn)周邊固定；
所述的位移和壓力量測反饋控制系統(tǒng)由位移及壓力傳感器、反饋控制器構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性防滲體接縫結(jié)構(gòu)水力動態(tài)試驗儀，其特征在于上、下壓力容器內(nèi)徑均為500mm，設計壓力2.2MPa，上壓力室內(nèi)高250mm，下壓力室內(nèi)高6500mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性防滲體接縫結(jié)構(gòu)水力動態(tài)試驗儀，其特征在于所述的浮筒外徑499mm，高度300mm，浮筒頂部...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：束一鳴，吳海民，姜曉楨，張憲雷，顧克，劉云峰，
申請(專利權(quán))人：河海大學，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32