一種可監(jiān)測多材料聯(lián)合防滲體系的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種可監(jiān)測多材料聯(lián)合防滲體系，屬于防滲技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]河岸、堤壩的滑坡、坍塌成災(zāi)過程中，壓力滲流起著顯著的作用，異常滲流不僅溶蝕帶走了巖土中的膠體物質(zhì)和細(xì)顆粒、致使其酥松，還對巖土體具有滲壓推動、浮托、潤滑等負(fù)面效果。國內(nèi)外采取的防滲措施大同小異，主要包括充填灌漿或帷幕灌漿、以混凝土或粘土或自凝灰為主體的各種防滲(截水)墻、高壓旋噴或擺噴灌漿、土工膜或面板鋪蓋、蓋重壓滲等等。這些傳統(tǒng)技術(shù)在防滲方案的研究、比較選擇時，均未考慮建筑材料的互損劣化及細(xì)觀演變趨勢，導(dǎo)致堤壩及其基礎(chǔ)在防滲加固后或者單位投資太高、或者防滲體壽命太短，總體效益普遍很低，每次花費(fèi)數(shù)百萬?數(shù)千萬元的維修資金，卻只能在幾年內(nèi)使?jié)B透抗滑指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)不能達(dá)到工程經(jīng)濟(jì)壽命(50年以上)的設(shè)計要求。紅土呈弱酸性，其物理力學(xué)的支撐物質(zhì)主要是Si02、Fe203、Al203、Ti02等。項(xiàng)目組近期的研究表明:水泥、石灰等堿性加固材料不僅能與Si02、Fe203、A1203、1102等發(fā)生互損的劣化反應(yīng)，還會破壞紅土粘聚力所必須的酸性水介質(zhì)、導(dǎo)致其顆粒解構(gòu)和材料離散化，這無疑就是在紅土地基和紅土類工程上使用傳統(tǒng)防滲技術(shù)，其效益太低的根本原因。
[0003]在云南這種多地震的紅土覆蓋區(qū)域中，使用單一材料構(gòu)成的防滲體都存在著明顯的壽命缺陷:粘土心墻、斜墻對易溶蝕顆粒級配的依賴很大，防滲效果較差，且較低烈度的有感地震就會造成松弛離析或斷裂；混凝土、石灰、自凝灰等材料屬于強(qiáng)堿性物質(zhì)，其構(gòu)成的防滲墻不僅造價和技術(shù)要求高，且會與酸性的紅土主體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而破壞接觸界面、造成大量細(xì)微管涌；土工膜太薄，不僅難以抵御數(shù)十年動植物的啃咬撕裂，更難以適應(yīng)固結(jié)、地震后紅土的不均勻沉陷形成的膜后較大架空……。因此，對防滲體實(shí)施大面積有效的密集監(jiān)測、并采用多種材料進(jìn)行聯(lián)合防滲勢在必行。
[0004]國內(nèi)外在防滲體相關(guān)領(lǐng)域的研究主要集中在五個方面。⑴紅土的顆粒演化與級配設(shè)計:學(xué)者們或者分析紅土的成因，或者討論紅土的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)及相互耦合，或者研究反濾料的設(shè)計和級配分析方法，或者探究顆粒級配對壓實(shí)度的影響........⑵異種材料接觸界面的滲流與穩(wěn)定:有科技人員研究了接觸界面的力學(xué)性質(zhì)，有的則討論差別較大的材料接觸面的摩阻力和剪切特性。⑶防滲與加固:有學(xué)者著眼于滲水裂隙對粘土凝聚力的影響研究，或者分析水-土作用機(jī)理，或者討論防滲設(shè)計方法，或者針對防滲體的性能評價技術(shù)進(jìn)行研究，或者分析庫水位與浸潤線的關(guān)系......。⑷與施工相關(guān)的工藝:例如有的科技人員研究了高壓噴射的工藝和質(zhì)量控制方法，有的探討了軟土的加固工藝，有的則為簡化施工工藝而對防滲墻的材料進(jìn)行了分析……。(5)抗震性能與指標(biāo):有學(xué)者對防滲墻深度與抗震穩(wěn)定性的關(guān)系進(jìn)行了分析，還有學(xué)者分別探討了地震時土的動力特性與液化現(xiàn)象。上述在防滲體相關(guān)領(lǐng)域的研究，都是針對“單一防滲材料”進(jìn)行的性能、應(yīng)用、修復(fù)等方面的仿真和試驗(yàn)分析，未檢索到與“多材料聯(lián)合防滲”相關(guān)的研究信息。
[0005]在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50869003、41462013、51069003)、云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2013FA033)，云南省自然科學(xué)基金(1991E016Q、1995Y1016、1997E047M、2010ZC048)，以及云南省教育廳(10968221、10978057)，昆明理工大學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(14098193)、精品課程(10968137)等多次立項(xiàng)資助下，項(xiàng)目組弄清了紅土防滲體的非正常劣化因素，獲知了水泥等強(qiáng)堿對紅土材料的侵蝕，提出了傳統(tǒng)防滲體返修期太短、難以達(dá)到設(shè)計壽命的根源，明晰了較為長期的材料互損演變機(jī)制，發(fā)明了光纖土工膜并獲得了 3項(xiàng)專利授權(quán)，較多研究論文已在《巖土工程學(xué)報》、《巖石力學(xué)與工程學(xué)報》、《建筑材料學(xué)報》、《水力發(fā)電學(xué)報》、《Advanced Materials Research》、《Applied Mechanics and Materials))等等國內(nèi)外權(quán)威期刊上發(fā)表，并被SC1、EI等國際著名檢索機(jī)構(gòu)收錄。研究成果表明:迄今紅土地基和堤壩采用的防滲抗滑技術(shù)和加固材料都存在明顯的缺憾。由于化學(xué)反應(yīng)、力學(xué)效應(yīng)、水土作用等因素的長期聯(lián)合侵蝕，這些缺陷僅僅依靠材料篩分、結(jié)構(gòu)碾壓、反濾排水、加筋充填等傳統(tǒng)措施顯然都無法根治，短周期內(nèi)反復(fù)對防滲體進(jìn)行加固治理，已經(jīng)在許多紅土工程上造成了巨大的浪費(fèi)，并且形成了制約該領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)展的瓶頸。因此，研究不僅具有相應(yīng)強(qiáng)度、而且能夠抵御環(huán)境侵蝕、便于大面積密集監(jiān)測的多材料聯(lián)合防滲體系，已經(jīng)成為十分緊迫的任務(wù)。為此2014年專門申請并獲準(zhǔn)了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目:滲流誘發(fā)紅土滑坡的防滲新模式探索，項(xiàng)目批準(zhǔn)號:41462013。
[0006]各種環(huán)境侵蝕都是由外至內(nèi)逐漸發(fā)展的，若能將傳統(tǒng)防滲體與腐蝕物質(zhì)隔離開來，則長期侵蝕問題即可迎刃而解。土工膜屬于價格低廉的耐酸堿柔性防腐材料，除了具有滲透系數(shù)小、施工簡便、修補(bǔ)快捷等優(yōu)勢，其耐久性也已經(jīng)超過了堤壩的設(shè)計經(jīng)濟(jì)壽命，乃是抗?jié)B、隔離的首選材料。土工膜的主要缺陷是:①強(qiáng)度太低，墊層的平整度和穩(wěn)定性在很大程度上決定了土工膜是否長壽；②不能及時確定破損部位，由此將喪失寶貴的搶險時間。第①個問題，本項(xiàng)目組選用具有相當(dāng)強(qiáng)度且能適應(yīng)巖土結(jié)構(gòu)變形的抗力過渡物質(zhì)一一碳纖維布來解決，這種材料耐酸堿腐蝕、抗磨損和刺穿，適宜在惡劣環(huán)境中長期服役，已經(jīng)大量應(yīng)用于建筑工程之中；前述的第②個關(guān)鍵技術(shù)，課題組在已經(jīng)結(jié)題的項(xiàng)目中獲得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，發(fā)表了相關(guān)成果，獲得了“光纖土工膜”發(fā)明專利權(quán)，能夠?qū)崿F(xiàn)防滲體的實(shí)時大面積密集監(jiān)測。
[0007]地震極易使巖土地基和堤壩出現(xiàn)裂隙和內(nèi)部架空。本實(shí)用新型以粘土或混凝土作為內(nèi)置傳載體，以碳纖維布或鋼絲網(wǎng)或土工織物來保持傳載體斷裂或架空后的基本形體及傳載功能、并為土工膜提供均勻的抗力和平整的墊層，以光纖土工膜來抗?jié)B并作為監(jiān)測的載體，三者結(jié)合即獲得性能優(yōu)良的抗震防滲結(jié)構(gòu)。本防滲體中采用的光纖土工膜不僅是大面積密集監(jiān)測的載體，作為隔離層還解決了傳統(tǒng)防滲體普遍存在的界面侵蝕難題。水中動植物的啃咬撕裂由碳纖維布抵抗；而內(nèi)置傳載體不僅給予土工膜以適宜的平面支撐和荷載傳遞、還將承擔(dān)立面防滲體的定形任務(wù)。傳載體若出現(xiàn)內(nèi)部架空或斷裂，將由高強(qiáng)度且柔性的碳纖維布自動調(diào)整其形狀，以適應(yīng)基礎(chǔ)或堤壩的主體、確保其傳力效果。作為土工膜的抗力保護(hù)墊層，碳纖維布還將起到均勻荷載、避免應(yīng)力集中的效果。因此，這種新型的聯(lián)合防滲體能夠避免迄今普遍出現(xiàn)的侵蝕、架空、脆斷，濾出、撕裂、擴(kuò)散等等防滲體病害。
[0008]本實(shí)用新型由國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50869003、41462013、51069003)，云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2013FA033)等資助研究，主要解決了傳統(tǒng)防滲體斷裂或架空后阻滲失效、滲流急劇惡化誘發(fā)巖土滑坡、坍塌等災(zāi)難的難題，并能顯著降低滲漏量、長期監(jiān)測滲流發(fā)展過程、確診內(nèi)置防滲體的病害位置。本防滲體不僅抗震耐用，而且為地質(zhì)災(zāi)害搶險和異常滲流治理提供了準(zhǔn)確的依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本實(shí)用新型提供一種可監(jiān)測多材料聯(lián)合防滲體系。本防滲體以粘土或混凝土作為內(nèi)置傳載體，以碳纖維布或鋼絲網(wǎng)或土工織物來保持傳載體斷裂后的基本形體及傳載功能、并為土工膜提供均勻的抗力和平整的墊層，以光纖土工膜來抗?jié)B并作為監(jiān)測載體，三者結(jié)合即獲得抗震防滲性能優(yōu)良的耐用結(jié)構(gòu)。這種防滲體的原理成熟可靠，符合現(xiàn)行規(guī)范、制作簡便，能夠自動適應(yīng)工程主體的變形，并能依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對異常滲流進(jìn)行快捷分析、病害定位準(zhǔn)確。本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0010]如圖1所示，這種可監(jiān)測多材料聯(lián)合防滲體系，包括內(nèi)置傳載體1、維持傳載體基本形狀的包裹層2、抗?jié)B監(jiān)測層3和碳纖維布4。內(nèi)置傳載體I四周表面設(shè)置包裹層2，包裹層2在滲流來源側(cè)(迎水面)設(shè)置抗?jié)B監(jiān)測層3，抗?jié)B監(jiān)測層3外設(shè)置碳纖維布4，作為分散荷載、抗動植物破壞的保護(hù)面。傳載體1、包裹層2