[發(fā)明專利]一種可調(diào)節(jié)冰層厚度和進(jìn)行崩塌試驗(yàn)的系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910281723.6
• 申請(qǐng)日: 2019-04-09
• 公開（公告）號(hào): CN110082284B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張秀崧;武帥;任堂;李梅;范瑞朋;劉順萍;朱濤;白俊嶺;尉霄騰;張曉敏;牛智勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G01N17/00
• 分類號(hào): G01N17/00
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 焦磊

本發(fā)明公開一種可調(diào)節(jié)冰層厚度和進(jìn)行崩塌試驗(yàn)的系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)部分包括保溫密閉實(shí)驗(yàn)室，保溫密閉實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)有頂部開放的混凝土蓄水池，混凝土蓄水池的外側(cè)壁覆蓋包裹有保溫隔熱層，保溫密閉實(shí)驗(yàn)室還設(shè)有用于對(duì)混凝土蓄水池上層水進(jìn)行降溫的降溫裝置和用于對(duì)混凝土蓄水池下層水進(jìn)行調(diào)溫的調(diào)溫裝置；另外本發(fā)明還公開相應(yīng)的調(diào)節(jié)冰層厚度和進(jìn)行崩塌試驗(yàn)的方法；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)冰層厚度和進(jìn)行崩塌試驗(yàn)，并在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬我國寒冷地區(qū)冬季庫區(qū)結(jié)冰和融冰過程的目的，能夠?yàn)橄嚓P(guān)科學(xué)研究提供技術(shù)支持。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水利工程混凝土施工技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種可調(diào)節(jié)冰層厚度和進(jìn)行崩塌試驗(yàn)的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

隨著筑壩技術(shù)的發(fā)展，我國水利工程遍布全國各地，受地域影響不同位置的氣候環(huán)境也大不相同。例如我國西北嚴(yán)寒地區(qū)冬季最低溫度可達(dá)零下40℃，且時(shí)常伴有大風(fēng)天氣，庫區(qū)水面在低溫條件下會(huì)形成冰蓋，并在持續(xù)低溫條件下，水體從上往下開始結(jié)冰，冰層的厚度也隨之增加。受日夜溫差波幅影響，冰層自身會(huì)發(fā)生體積變化，四周處于約束條件冰的體積變形無法釋放時(shí)，大壩上游壩面的混凝土或者表面保溫防護(hù)層就會(huì)受到冰層帶來的拉壓力，當(dāng)這種拉壓力突破混凝土或保溫防護(hù)材料的受壓極限就會(huì)對(duì)水工結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。

嚴(yán)冬過后，庫區(qū)冰層往往不會(huì)立即融化，局部地區(qū)的冰層會(huì)持續(xù)數(shù)月之久，隨著水利工程正常的發(fā)電、泄洪等運(yùn)行行為，庫區(qū)水為會(huì)下降從而與上部的冰層形成脫空，當(dāng)冰層在自重或者外力作用下超過其自身承載力時(shí)，就會(huì)發(fā)生破碎崩塌等現(xiàn)象，貼近水利工程表面的冰層崩塌時(shí)會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生拉壓破壞。破碎的冰塊漂浮在庫區(qū)水面，在上游來水、風(fēng)力條件下會(huì)成為動(dòng)冰并不斷撞擊水利工程結(jié)構(gòu)表面，同樣會(huì)對(duì)工程安全運(yùn)行產(chǎn)生影響。為了研究不同厚度冰層及其崩塌行為下對(duì)工程的影響，需要在類似條件下開展相關(guān)研究。

目前研究水工大體積混凝土在這種復(fù)雜的自然環(huán)境會(huì)誘發(fā)什么樣的變化，通常情況下較為直接的方法是在工程所在地進(jìn)行原型模擬試驗(yàn)，這樣可以保證外界環(huán)境影響因素盡可能一致，減少邊界條件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。但是這樣面臨著周期長、試驗(yàn)成本高、環(huán)境條件不可控，研究氣候條件單一等缺點(diǎn)，因此在室內(nèi)進(jìn)行氣候模擬進(jìn)而完成水利工程試驗(yàn)成為主流，因此針對(duì)性的研究一種可調(diào)節(jié)冰層厚度和崩塌的試驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)而建立一定規(guī)模的氣候環(huán)境模擬試驗(yàn)是十分必要的。

所謂氣候環(huán)境模擬性試驗(yàn)，就是針對(duì)不同地域不同溫度條件下的水利工程混凝土及其相關(guān)結(jié)構(gòu)，將其暴露在預(yù)計(jì)可能遇到的各種環(huán)境作用下，可選取自然環(huán)境或人工模擬環(huán)境，在保證預(yù)定功能和性能的完整實(shí)現(xiàn)的條件下，通過試驗(yàn)對(duì)他們實(shí)際上會(huì)遇到的建設(shè)、運(yùn)行條件下的性能做出評(píng)價(jià)，并分析研究環(huán)境因素的影響程度和作用機(jī)理。環(huán)境試驗(yàn)是確保產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性和提高產(chǎn)品可靠性的重要手段。

對(duì)于環(huán)境模擬國內(nèi)學(xué)者開展了一些研究，如大型高低溫環(huán)境模擬試驗(yàn)艙、高溫濕熱實(shí)驗(yàn)室等，可以對(duì)高溫、或者低溫氣候進(jìn)行模擬，目前暫時(shí)還沒有專門可以調(diào)節(jié)冰層厚度和崩塌的試驗(yàn)系統(tǒng)，相關(guān)研究很多是在真實(shí)的自然環(huán)境中完成，或者分成幾個(gè)科目借助現(xiàn)有的環(huán)境模擬條件完成，也取得了一些成果，但仍然又可以改進(jìn)和完善之處，主要有以下幾點(diǎn)。

（1）現(xiàn)場試驗(yàn)周期長

在自然環(huán)境中進(jìn)行適應(yīng)性驗(yàn)證試驗(yàn)，各種氣候環(huán)境難以在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生，試驗(yàn)周期太長，造成大量的時(shí)間、財(cái)力物力以及人力的消耗；其次自然環(huán)境復(fù)雜惡劣，難以全面直觀地監(jiān)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)準(zhǔn)確性和真實(shí)性難于保證。

（2）現(xiàn)有模擬環(huán)境條件單一

為了研究寒冷地區(qū)冬季的低溫氣候?qū)е碌乃w結(jié)冰形成的冰層對(duì)大壩混凝土的影響，既要模擬極端氣候下的低溫環(huán)境，局部會(huì)達(dá)到零下40℃；又要觀測(cè)冰層在水位發(fā)生變化時(shí)發(fā)生的崩塌現(xiàn)象；同時(shí)還要研究融冰期浮冰在風(fēng)力影響下對(duì)水利工程結(jié)構(gòu)應(yīng)力情況，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件無法同時(shí)滿足，需要針對(duì)行的開展研究尋求一套合適的試驗(yàn)系統(tǒng)。

（3）升溫降溫時(shí)間長、自動(dòng)化水平不足