[發明專利]基于光纖測溫原理的內置防滲土工膜破損監測方法

無效

• 申請號: 201010109990.4
• 申請日: 2010-02-20
• 公開（公告）號: CN101799430A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 楊華舒;劉海波;楊宇璐;吳霞;陳剛;李晉豫;殷小林
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01K11/32
• 代理公司: 昆明今威專利代理有限公司 53115
• 代理人: 趙云

技術領域

本發明涉及一種防滲工程內部土工膜破損的定位方法，屬于水利工程(土 木工程)——防滲技術領域

背景技術

滲透破壞是導致堤壩潰塌災難的最主要原因。在防滲體的構成材料中，土 工膜的價格低廉、防滲效果好，并具有適應壩體、地基變形的明顯優勢，在多 地震地區、尤其在喀斯特地貌區域幾乎是首選材料。相關技術自二十世紀七十 年代引入我國后，已經形成了一套完整的土工膜生產、檢驗、防滲體設計、施 工質量控制、驗收等標準和規程，整體壽命也有明顯提高——期望壽命已經接 近一百年。世界各國都在在各種設計規范和施工規范中大力推薦土工膜作為防 滲材料，我國前經貿委、水利部還先后組織了五十多個示范工程，以求盡快推 廣其應用范圍。但是，土工膜的抗拉、抗剪強度較低，堤壩內的土工膜一旦在 環境、水土生物、襯墊外力等作用下受損，其“開裂部位難以確定”這一重大 缺陷立即顯現出來。由于滲水穿越土工膜后迅速在土體內擴散，即使堤壩內預 埋監測儀器也無法確定損傷部位。這一弊端使得開裂初期短暫的搶修時機喪 失，導致撕裂和滲透破壞急劇擴展，嚴重威脅到堤壩的安全。因此土工膜在堤 壩、尤其是中高型土石壩中的應用一直受到極大的制約。

有關部門的統計表明：由于堤壩內的土工膜遭受損傷后難以及時察覺、難 以定位修復，大多數工程(甚至是小型工程)都不愿使用土工膜，寧愿以成倍 的代價、進行大范圍的灌漿防滲。我國有許多地區屬于地震多發區，雖然其震 級或破壞烈度通常不大，但由于灌漿形成的防滲體薄而脆、與壩體材料的親和 力較差，必然在大壩受震變形時發生斷裂或接觸帶離析。于是在許多地方就出 現了灌漿-滲漏-再灌漿-再滲漏的怪圈循環，每次花費數百萬～數千萬元的 資金灌漿，只能使大壩在2～5年內的滲透指標達到相應的標準。以申請者承 擔鑒定的云南大姚縣龍林水庫為例：2001年5月大壩灌漿完畢、當年汛期滲流 指標檢驗合格；2003年7月地震后隨即發現比灌漿前更大的滲漏，并出現流土 險情，經安全鑒定為三類險壩。二百余萬元的國債資金只“加固”了這個小(一) 型水庫大壩兩年，使灌溉用水的成本劇增到無法接受的3000～5000元/m³。

相比之下，土工膜屬于柔性材料，對壩體壩基變形的適應能力很強，在未 遭受外力刺穿、撕裂的情況下，其老化速度能夠滿足多數水利工程的經濟壽命 需求，特別適用于多地震地區和巖溶地區作為價廉物美的防滲鋪蓋。例如，昆 明金殿水庫庫區和翠湖等地曾經長期大量漏水，多次采用混凝土塞、回填混凝 土、充填灌漿等均未能解決問題，最后使用土工膜作盆式鋪蓋，才達到了止漏 防滲的目標。1998年全國大洪水汛期，土工膜也是各地防滲搶險最普遍采用的 措施。一旦土工膜“損傷定位”的問題得到解決，必然提高土工膜的安全性能、 改善防滲體的性價比、明顯降低堤壩的造價；并且能為土工膜破壞后的堤壩爭 取到寶貴的搶修時間，有效地防止堤壩潰塌引發災難。

資料檢索表明，國內外在土工膜相關領域的研究主要集中在兩個方面：① 鋪設工藝的研究，如墊層的篩分、層次、厚度，以及水壓的關系，邊角截水措 施等；②材料改性的研究，如設法增加土工膜的韌性、塑性，改變厚度，延壽 抗老化等。但在“內置土工膜受損部位的確定”方面，尚未檢索到任何研究或 成果信息。

“分布式光纖測溫技術”業已成熟，特別適合于需要大范圍密集監測的工 程，已經成功應用于混凝土壩的水化熱監測、高壓電纜的溫度監測等領域。溫 度可以通過飽和或非飽和的土體傳遞，且溫度在地層中的變化是連續的。水在 4℃時密度最大，所以水庫底部的水溫通常較低；地層中的溫度分布則恰好相 反，隨著深度的增加而溫度穩定升高。諸多研究已經證明：堤壩或壩基中發現 的低溫異常與庫水集中滲漏有關，因此可用溫度來檢測土工膜破損導致的集中 滲漏。此外，柔韌光纖的“加筋”作用，還能明顯提高土工膜的各項性能。

發明內容

本發明所解決的技術問題是：提供了一種工程內置防滲土工膜破損監測、并 快速確定破損位置的方法，其原理成熟可靠、操作簡便、定量分析和計算快捷。