混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置，设置在混凝土面板堆石坝面板下的挤压边墙内，其特征在于，自动保护装置由三个部分组成：保护气囊、气体发生器及自动触发装置，其中的保护气囊安装于临近坝顶部位的预制混凝土挤压边墙内；所述的气体发生器通过通气管与该保护气囊相连；所述的自动触发装置中设有脱空量探测器电点火机构，该电点火机构和所述发气体发生器连接，控制该发气体发生器的启动。本发明专利技术弥补了现有技术的空白，在面板与垫层料之间发生脱空且脱空量达到危害混凝土面板安全的量值时，自动启动气囊式保护装置，使充气气囊支撑面板，从而改善混凝土面板的受力状态，防止出现表面裂缝和错台等继发病害。
【技术实现步骤摘要】
堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置及其设计方法
本专利技术涉及一种大坝面板的保护装置，具体涉及一种混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置，本专利技术还涉及这种气囊式自动保护装置的设计方法。
技术介绍
混凝土面板堆石坝因其对地形地质条件的适应性、就地取材的经济性以及施工和运行维护的便利性备受国内外坝工界青睐[1,2]。我国自1982年建成首座混凝土面板堆石坝以来，其设计、施工和监测技术均得到长足发展，现已成为已建、在建和拟建混凝土面板堆石坝数量最多的国家[3]。其中，已经建成投产的清江水布垭面板堆石坝最大坝高233m，居世界同类坝型之首[1,3]；拟建的茨哈峡和大石峡等混凝土面板堆石坝最大坝高甚至突破250m[4,5]。这类高坝工程一旦出现隐患或险情，将对下游居民生命财产和工农业安全生产以及生态环境造成重大威胁，故保障其长期、安全、稳定运行具有至关重要的意义。面板堆石坝筑坝粗颗粒材料在荷载和环境因素作用下易于发生颗粒棱角破碎并表现出显著的流变特性，故大坝在竣工后将发生量值可观的后期变形[6]，使刚度较大的混凝土面板与垫层料之间出现脱空，从而使混凝土面板应力状态恶化，出现沿坝轴向的水平裂缝[7,8]。地震荷载作用下堆石料亦因颗粒破碎而收缩，大坝整体震陷并使混凝土面板与垫层料脱空[5,9]。紫坪铺面板堆石坝地震破坏机理的数值模拟研究结果表明，汶川地震中二、三期面板之间水平施工缝的剪切破坏亦由面板脱空所致[10,11]。可见，面板与垫层料脱空实为影响混凝土面板堆石坝长期安全的一大重要病害，一旦发生将对防渗体系安全造成严重威胁。堆石料流变导致的面板脱空持续时间漫长，难以察觉；而堆石体震陷引起的面板脱空则在地震过程中瞬间发生，防范不及。因此，通常只能在面板表面出现裂缝等继发病害后进行修复处理。常规的做法是通过红外热成像、探地雷达和声波映像等无损检测方法，并辅以适当的钻孔检查脱空范围和脱空深度，然后对脱空区进行充填灌浆处理[12,13]。目前，国内外的现有技术中尚未出现面板脱空后立即对其进行自动保护、防止防渗体系进一步损坏的装置。参考文献[1]MaHQ,CaoKM.Keytechnicalproblemsofextra-highconcretefacedrock-filldam.ScienceChinaTechnologicalSciences,2007,50(SM1):20-33.[2]国际大坝委员会.混凝土面板堆石坝设计与施工概念.北京:中国水利水电出版社,2010.[3]曹克明,汪易森,徐建军,刘斯宏.混凝土面板堆石坝.北京:中国水利水电出版社,2008.[4]FuZZ,ChenSS,WangTB.Predictingtheearthquake-inducedpermanentdeformationofconcretefacerockfilldamsusingastrainpotentialconceptinthefiniteelementmethod.InternationalJournalofGeomechanics,2017.[5]陈生水.土石坝地震安全问题研究.北京:科学出版社,2015.[6]FuZZ,WangTB,ChenSS.Fieldobservationsmadeonfourconcretefacerockfilldams.In:Proceedingsofthe4thInternationalConferenceonCivilEngineeringandUrbanPlanning,Beijing,China.25-27July,2015.pp.589-595.[7]张丙印,师瑞锋.流变变形对高面板堆石坝面板脱空的影响分析.岩土力学.2004,25(8):1179-1184.[8]ZhangBY,WangJG,ShiRF.Time-dependentdeformationinhighconcrete-facedrockfilldamandseparationbetweenconcretefaceslabandcushionlayer.ComputersandGeotechnics,2004,31(7):559-573.[9]陈生水,霍家平,章为民.“5.12”汶川地震对紫坪铺混凝土面板坝的影响及原因分析.岩土工程学报,2008,30(6):795-801.[10]ChenSS,FuZZ,WeiKM,HanHQ.Seismicresponsesofhighconcretefacerockfilldams:Acasestudy.WaterScienceandEngineering,2016,9(3):195-204.[11]KongXJ,LiuJM,ZouDG.NumericalsimulationoftheseparationbetweenconcretefaceslabsandcushionlayerofZipingpudamduringtheWenchuanearthquake.ScienceChinaTechnologicalSciences,2016,59(4):531-539.[12]陆超,刘杰,付运祥.混凝土面板堆石坝面板脱空检测中的综合物探方法及应用.中国水力发电工程学会地质及勘探专业委员会第二次学术交流会论文集.2010年10月.[13]钮新强,谭界雄,田金章.混凝土面板堆石坝病害特点及其出现加固.人民长江,2016,47(13):1-5.[14]何文,钟志华,杨济匡.汽车安全气囊技术的新发展.汽车安全,2000,4:33-37.[15]钟志华,杨济匡.汽车安全气囊技术及其应用.中国机械工程,2000,11(1-2):234-237.[16]周奎军.汽车安全气囊气体发生器的研究.博士学位论文,南京理工大学,南京,2007.[17]曲艳斌,萧忠良.汽车安全气囊用气体发生剂.华北工学院学报,2003,24(6):428-431.[18]中华人民共和国水利部.混凝土面板堆石坝设计规范.SL228-2013,2013-01-22发布,2013-04-22实施.
技术实现思路
为了弥补现有技术的上述空白，本专利技术提供一种混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置及其设计方法，目的是在面板与垫层料之间发生脱空，且脱空量达到危害混凝土面板安全的量值时，自动启动气囊式保护装置，使充气气囊支撑面板，从而改善混凝土面板的受力状态，防止出现表面裂缝和错台等继发病害。完成上述专利技术任务的技术方案是，一种混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置，设置在混凝土面板堆石坝面板下的挤压边墙内，其特征在于，自动保护装置由三个部分组成：保护气囊、气体发生器及自动触发装置，其中的保护气囊安装于临近坝顶部位的预制混凝土挤压边墙内；所述的气体发生器通过通气管与该保护气囊相连；所述的自动触发装置中设有脱空量探测器电点火机构，该电点火机构和所述发气体发生器连接，控制该发气体发生器的启动。本专利技术的基本工作原理：面板脱空自动保护装置宜安装在堆石料较为深厚，面板易于发生脱空且可能脱空量较大的河谷中央部位，并向两岸坡延伸一定距离，有条件时应通过三维有限单元法对脱空范围进行计算分析后确定，如图1所示。脱空保护装置的安装高程可本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置，设置在混凝土面板堆石坝面板下的挤压边墙内，其特征在于，自动保护装置由三个部分组成：保护气囊、气体发生器及自动触发装置，其中的保护气囊安装于临近坝顶部位的预制混凝土挤压边墙内；所述的气体发生器通过通气管与该保护气囊相连；所述的自动触发装置中设有脱空量探测器电点火机构，该电点火机构和所述发气体发生器连接，控制该发气体发生器的启动。
【技术特征摘要】
1.一种混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置，设置在混凝土面板堆石坝面板下的挤压边墙内，其特征在于，自动保护装置由三个部分组成：保护气囊、气体发生器及自动触发装置，其中的保护气囊安装于临近坝顶部位的预制混凝土挤压边墙内；所述的气体发生器通过通气管与该保护气囊相连；所述的自动触发装置中设有脱空量探测器电点火机构，该电点火机构和所述发气体发生器连接，控制该发气体发生器的启动。2.根据权利要求1所述的混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置，其特征在于，所述的保护气囊折叠于气囊盒中，并用铝质盖板保护。3.根据权利要求1所述的混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置，其特征在于，所述的保护气囊由聚酰胺织物缝制，并以氯丁橡胶或硅酮作为涂层材料。4.根据权利要求1所述的混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置，其特征在于，所述的“保护气囊安装于临近坝顶部位的预制混凝土挤压边墙内”是指：所述的保护气囊安装在堆石料较为深厚、面板易于发生脱空且可能脱空量较大的河谷中央部位，并向两岸坡延伸一定距离。5.根据权利要求1所述的混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置，其特征在于，所述气体发生器中产气药剂是叠氮化钠为主体，其氧化剂采用三氧化二铁或者氧化铜。6.根据权利要求1所述的混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置，其特征在于，所述自动触发装置中，一组为气体发生器电点火具供电的电池通过高强钢丝与混凝土面板相连；该电池组阴极与气体发生器阴极线缆相连；其阳极正对一组铜片，该铜片与气体发生器阳极线缆相连；当面板与垫层料紧密贴合时，电池阳极与阳极铜片处于断开状态，自动保护装置不工作；当脱空量达到预定阈值时，电池组阳极与阳极铜片接触，电点火具通电触发气体发生器工作。7.根据权利要求1-6之一所述的混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置，其特征在于，所述自动触发装置中还设有警报器，该警报器置于坝顶与所述电点火具并联。8.权利要求1所述的混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置的设计方法，其特征在于，步骤如下：⑴.自动保护装置安装位置的确定之一：根据荷载条件、面板混凝土材料强度、面板尺寸及其配筋方式确定面板临界脱空深度；⑵.自动...
【专利技术属性】
技术研发人员：傅中志，陈生水，钟启明，李国英，霍家平，米占宽，魏匡民，石北啸，任强，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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