一种可监测多材料联合防渗体系制造技术

本发明专利技术涉及一种可监测多材料联合防渗体系，属于防渗技术领域。该防渗体系主要包括内置传载体、维持传载体基本形状的包裹层、抗渗监测层和碳纤维布。内置传载体四周表面设置包裹层，包裹层在渗流来源侧（迎水面）设置抗渗监测层，抗渗监测层外设置碳纤维布，作为分散荷载、抗动植物破坏的保护面，传载体、包裹层、抗渗监测层之间均涂刷抗滑黏结材料以增加抗剪强度。这种防渗体系的原理成熟可靠，符合现行规范、制作简便，抗震抗裂，能自动适应主体变形，显著延长防渗工程的寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种可监测多材料联合防渗体系
本专利技术涉及一种可监测多材料联合防渗体系，属于防渗

技术介绍
压力渗流在滑坡、溃塌、泥石流等地质灾害中起着显著的作用，渗透过程不仅溶蚀带走了岩土中的胶体物质和细颗粒、致使其酥松，还对岩土体具有渗压推动、浮托、润滑等负面效果。国际大坝委员会（InternationalCommitteeonLargeDams）曾对全世界的堤坝溃决灾难进行统计分析，认为渗流异常是堤坝滑塌的最主要诱因。据中国水利部统计，自1954年有记录以来，我国已经发生大坝溃决事故3515次，其中小型土石坝因漫顶、渗透破坏导致的的溃坝占比超过98%，如2013年新疆联丰水库、黑龙江星火水库、山西曲亭水库等相继溃坝，均造成了显著的人员伤亡和经济损失。迄今国内外的防渗技术大同小异，主要包括：充填灌浆或帷幕灌浆，以混凝土、粘土、自凝灰等为主体的各种防渗（截水）墙，高压旋喷或摆喷灌浆，土工膜或面板铺盖，盖重压渗等等。在近四十年防渗研究的过程中，项目组注意到：由于传统技术在防渗方案的研究、比较选择时，均未考虑建筑材料的互损劣化及细观演变趋势，导致堤坝及其基础在防渗加固后或者单位投资太高、或者防渗体寿命太短，总体效益普遍很低，每次花费数百万～数千万元的维修资金，却只能在几年内使渗透及抗滑指标达到标准，远不能达到工程经济寿命（50年以上）的设计要求。红土（laterite）或称红粘土，在湿热多雨地区广泛存在，我国主要在云贵、两广、海南等省区大面积分布。红土呈弱酸性，其物理力学的支撑物质主要是SiO2、Fe2O3、Al2O3、TiO2等。项目组近期的研究表明：水泥、石灰等碱性加固材料不仅能与红土中硅、铁、铝、钛的氧化物发生互损劣化反应，还会破坏红土粘聚力所必须的酸性水介质、导致其颗粒解构和材料离散化，这无疑就是在红土地基和红土类工程上使用传统防渗技术，其效益太低的根本原因。防渗工程的建造及加固不仅要考虑投资、效果等短期因素，还应当重视材料之间的相互作用、细观结构在环境作用下的劣化演变、不同材料接触面的化学降解物理离析等等长期因素，否则不仅难以根治普遍存在的异种材料界面渗漏病害，更难以解决中小型工程中防渗体的性价比太低、维修投资过高、整个工程的正常运行周期太短等难题。国内外在防渗体相关领域的研究主要集中在五个方面。⑴红土的颗粒演化与级配设计：学者们或者分析红土的成因，或者讨论红土的团粒结构及相互耦合，或者研究反滤料的设计和级配分析方法，或者探究颗粒级配对压实度的影响……。⑵异种材料接触界面的渗流与稳定：有科技人员研究了接触界面的力学性质，有的则讨论差别较大的材料接触面的摩阻力和剪切特性……。⑶防渗与加固：有学者着眼于渗水裂隙对粘土凝聚力的影响研究，或者分析水-土作用机理，或者讨论防渗设计方法，或者针对防渗体的性能评价技术进行研究，或者分析库水位与浸润线的关系……。⑷与施工相关的工艺：例如有的科技人员研究了高压喷射的工艺和质量控制方法，有的探讨了软土的加固工艺，有的则为简化施工工艺而对防渗墙的材料进行了分析……。⑸抗震性能与指标：有学者对防渗墙深度与抗震稳定性的关系进行了分析，还有学者分别探讨了地震时土的动力特性与液化现象……。上述在防渗体相关领域的研究，都是针对“单一防渗材料”进行的性能、应用、修复等方面的仿真和试验分析结论，未检索到与多材料联合防渗体系相关的研究信息。在国家自然科学基金项目（50869003、41462013、51069003）、云南省应用基础研究计划重点项目(2013FA033)，云南省自然科学基金（1991E016Q、1995YI016、1997E047M、2010ZC048），以及云南省教育厅（10968221、10978057），昆明理工大学创新团队（14098193）、精品课程（10968137）等多次立项资助下，本项目组经过长期研究认为，使用单一材料构成的防渗体都存在着明显的寿命缺陷：粘土心墙、斜墙对易溶蚀颗粒级配的依赖很大，防渗效果较差，且较低烈度的有感地震就会造成松弛离析或断裂；混凝土、石灰、自凝灰等材料属于强碱性物质，其构成的防渗墙不仅造价和技术要求高，且会与酸性的红土主体发生化学反应而破坏接触界面、造成大量细微管涌；土工膜太薄，不仅难以抵御数十年动植物的啃咬撕裂，更难以适应固结、地震后红土的不均匀沉陷形成的膜后较大架空……。因此，对防渗体实施大面积有效的密集监测、并采用多种材料进行联合防渗势在必行。本项目组弄清了红土防渗体的非正常劣化因素，获知了水泥等强碱对红土材料的侵蚀，提出了传统防渗体返修期太短、难以达到设计寿命的根源，明晰了较为长期的材料互损演变机制，专利技术了光纤土工膜并获得了3项专利授权，较多研究论文已在《岩土工程学报》、《岩石力学与工程学报》、《建筑材料学报》、《水力发电学报》、《AdvancedMaterialsResearch》、《AppliedMechanicsandMaterials》等等国内外权威期刊上发表，并被SCI、EI等国际著名检索机构收录。研究成果表明：迄今红土地基和堤坝采用的防渗抗滑技术和加固材料都存在明显的缺憾，由于化学反应、力学效应、水土作用等因素的长期联合侵蚀，这些缺陷仅仅依靠材料筛分、结构碾压、反滤排水、加筋充填等传统措施显然都无法根治。实际上，短周期内反复对防渗体进行加固治理，已经在许多红土工程上造成了巨大的浪费，并且形成了制约该领域继续发展的瓶颈。因此，研究不仅具有相应强度、而且能够抵御环境侵蚀、便于大面积密集监测的多材料联合防渗体系，已经成为十分紧迫的任务。为此本项目组2014年专门申请并获准了国家自然科学基金项目：渗流诱发红土滑坡的防渗新模式探索，项目批准号：41462013。传统的各种防渗抗滑技术，其共同缺陷可归结为：①传统防渗体存在明显缺陷、不能承受环境水土的长期侵蚀，因此远不能达到设计寿命；②防渗加固材料存在重要缺陷，其与红土等酸性岩土体互相破坏，是造成堤坝及其基础在短期内反复维修、越修越漏、诱发边坡滑塌和溃坝的根源；③铺盖和灌浆形成的防渗体较薄，容易在有感地震时出现断裂，且渗透破坏的发展很快；④防渗体现有的监测设施不完善，传感器布置的间距太大且与防渗体的亲和性太差。各种环境侵蚀都是由外至内逐渐发展的，若能将传统防渗体与腐蚀物质相隔离，则长期侵蚀问题即可迎刃而解。土工膜属于价格低廉的耐酸碱柔性防腐材料，除了具有施工简便、修补快捷等优势，其耐久性也已经超过了土石堤坝的设计经济寿命。土工膜的主要缺陷是：⑴强度太低，垫层的平整度和稳定性在很大程度上决定了土工膜是否长寿；⑵不能及时确定堤坝内部的破损部位，由此将丧失宝贵的抢险时间。前述第⑴个问题，可选用具有高强度且能适应岩土结构变形的抗力过渡材料---碳纤维布来解决。碳纤维布是一种价格相对低廉的高强度柔性材料，其抗拉强度≥3200MPa，高于钢材；比重2.0～3.0g/cm3，不到钢材的一半；最小厚度仅0.2mm左右。这种材料耐酸碱腐蚀、抗磨损和刺穿，适宜在恶劣环境中长期服役；可任意剪裁、易于搭接粘结，且能适应岩土体的不均匀沉陷或固结变形，目前已经大量应用于建筑工程之中。前述的第⑵个关键技术，课题组在已经结题的项目中获得了实质性进展，发表了相关成果，获准了“光纤土工膜”的发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可监测多材料联合防渗体系，其特征在于：包括内置传载体（5）、维持传载体基本形状的包裹层（6）、抗渗监测层（7）和碳纤维布（8），内置传载体（5）四周表面设置包裹层（6），包裹层（6）在渗流来源侧设置抗渗监测层（7），抗渗监测层（7）外设置碳纤维布（8），传载体（5）、包裹层（6）、抗渗监测层（7）、碳纤维布（8）之间均涂刷抗滑黏结材料。

【技术特征摘要】
1.一种可监测多材料联合防渗体系，其特征在于：包括内置传载体（5）、维持传载体基本形状的包裹层（6）、抗渗监测层（7）和碳纤维布（8），内置传载体（5）四周表面设置包裹层（6），包裹层（6）在渗流来源侧设置抗渗监测层（7），抗渗监测层（7）外设置碳纤维布（8），传载体（5）、包裹层（6）、抗渗监测层（7）、碳纤维布（8）之间均涂刷抗滑黏结材料；所述抗渗监测层（7）采用光纤土工膜制成。2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨华舒，杨宇璐，吴霞，周新伟，李东，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53