土工膜防渗土石坝缺陷渗漏稳定性判别的试验方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种土工膜防渗土石坝缺陷渗漏稳定性判别的试验方法和装置，装置包括模型水槽、土工膜防渗模型坝、水位控制装置、缺陷渗漏测量系统；模型水槽的坝体左侧板倾斜角度可调，从而能够模拟不同的岸坡比；缺陷渗漏测量系统包括高速摄像机和计算机。本发明专利技术通过开展不同含水率垫层土工膜的缺陷渗漏试验，获得土工膜缺陷渗漏浸润区直径，建立土工膜防渗土石坝缺陷渗漏稳定的数学模型，得出实际工程中不同含水率垫层土工膜防渗土石坝缺陷渗漏稳定性判别。本发明专利技术对指导土工膜的施工具有重要的科学研究意义和工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】
土工膜防渗土石坝缺陷渗漏稳定性判别的试验方法和装置
本专利技术涉及水利工程中土工膜的检测领域，特别是一种土工膜防渗土石坝缺陷渗漏稳定性判别的试验方法和装置。
技术介绍
土工膜作为新兴防渗材料，渗透系数极低，一般为1.0×10-11～1.0×10-13cm/s，因此已广泛应用于土石坝、堤防、围堰、库盆、蓄水池、渠道、垃圾填埋场等防渗工程。工程中使用的土工膜厚度多在0.5～2mm。由于土工膜是一种柔性薄膜材料，因此土工膜在生产、运输和施工过程中出现损伤或缺陷几乎不可避免。工程实践表明，土工膜缺陷导致的渗漏将会使得土工膜防渗系统性能下降，加大渗流量，进一步可能引发工程防渗安全性。因此，建立土工膜防渗土石坝缺陷渗漏稳定模型，对指导土工膜施工具有重要的科学研究意义和工程应用价值。现有技术中，SL/T235-1999《土工合成材料测试规程》中的渗透试验仅用于测试完好土工膜的渗透性，未涉及缺土工膜的渗漏特性。其它已有试验或数值模拟存在如下不足：1.现有土工膜缺陷渗漏试验或数值模拟主要考察缺陷渗漏量，未对实际工程坝面土工膜缺陷渗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土工膜防渗土石坝缺陷渗漏稳定性判别的试验方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤1，填筑坝体：在模型水槽内，采用细砂填筑土工膜防渗土石坝的坝体：/n步骤2，填充垫层：在坝体上游的垫层室内填充含水率为w

【技术特征摘要】
1.一种土工膜防渗土石坝缺陷渗漏稳定性判别的试验方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，填筑坝体：在模型水槽内，采用细砂填筑土工膜防渗土石坝的坝体：
步骤2，填充垫层：在坝体上游的垫层室内填充含水率为w1的垫层料；
步骤3，铺设土工膜：将厚度为t的土工膜平整铺设在步骤2的垫层料表面；
步骤4，蓄水：在坝体上游的模型水槽内蓄水，使土工膜与垫层紧密贴服；
步骤5，土工膜缺陷渗漏试验，包括如下步骤：
步骤51，添加荧光剂：在步骤4模型水槽的蓄水中添加荧光剂；
步骤52，缺陷破坏：在选定的土工膜缺陷位置，对土工膜进行缺陷破坏；破坏起始时刻的孔洞直径，记为缺陷的初始直径d0；
步骤53，观察缺陷渗漏扩散：在步骤52缺陷破坏的同时，开启荧光灯和与计算机相连接的高速摄像机；高速摄像机拍摄破坏起始时刻时土工膜缺陷的图像；
随后，高速摄像机按照设定时间间隔拍摄土工膜缺陷的图像，计算机实时量测并记录土工膜缺陷渗漏浸润区直径；记录n个时间节点分别为T1、T2、……Tn，且n≥3，0＜T1＜T2＜……＜Tn，当相邻时刻记录的土工膜缺陷渗漏浸润区直径稳定时，试验停止；T1、T2、……Tn时刻对应的土工膜缺陷渗漏浸润区直径，记为D11、D12、……、D1n；
步骤6，不同含水率的垫层时土工膜的缺陷渗漏试验：将步骤2中含水率为w1的垫层分别更换成含水率为w2、w3、w4和w5的垫层，重复步骤3至步骤5；其中，w1＜w2＜w3＜w4＜w5；最终获得：
含水率为w1的黏土垫层时，时间节点为T1、T2、……Tn的土工膜的缺陷渗漏浸润区直径依次为D11、D12、……、D1n；
含水率为w2的黏土垫层时，时间节点为T1、T2、……Tn的土工膜的缺陷渗漏浸润区直径依次为D21、D22、……、D2n；
含水率为w3的黏土垫层时，时间节点为T1、T2、……Tn的土工膜的缺陷渗漏浸润区直径依次为D31、D32、……、D3n；
含水率为w4的黏土垫层时，时间节点为T1、T2、……Tn的土工膜的缺陷渗漏浸润区直径依次为D41、D42、……、D4n；
含水率为w5的黏土垫层时，时间节点为T1、T2、……Tn的土工膜的缺陷渗漏浸润区直径依次为D51、D52、……、D5n；
步骤7，建立土工膜防渗土石坝的缺陷渗漏预测稳定数学模型：建立的缺陷渗漏预测稳定数学模型，如下：
D＝c(1-e-nT)0.5(aw2+bw+f)(3)
其中，D为缺陷渗漏浸润区的预测直径，T为渗漏时间，w为垫层含水率，c、n、a、b和f为五个待确定的未知参数；
步骤8，确定五个未知参数：利用步骤5和步骤6中获取的土工膜缺陷渗漏试验数据，进行函数拟合，由此确定未知参数a、b、f、c和n；
步骤9，实际工程土工膜防渗土石坝缺陷渗漏稳定性的判定：包括如下步骤：
步骤91，获取实际垫层初始含水率wA：通过查阅实际工程土工膜防渗土石坝中垫层的设计参数，获取实际垫层初始含水率wA；
步骤92，确定浸润区最终稳定时刻Tw：将步骤91获取的实际垫层初始含水率wA，代入参数已确定的公式(3)中，则公式(3)转化为：自变量为T，因变量为D的函数，也即D＝f(T)，对f(T)进行求导，则得到的比值；当时的自变量T，则为确定的浸润区最终稳定时刻Tw；
步骤93，确定缺陷渗漏区的稳定直径Dw：将步骤91获取的实际垫层初始含水率wA和步骤92确定的浸润区最终稳定时刻Tw，均代入参数已确定的公式(3)中，从而得到上游坝面缺陷渗漏区的稳定直径Dw；
步骤94，计算土工膜缺陷渗漏区的预测直径DA：将步骤91获取的实际垫层初始含水率wA以及实际渗漏时间TA，代入参数已确定的公式(3)中，从而获得实际渗漏时间TA时的缺陷渗漏区的预测直径DA；
步骤95，土工膜防渗土石坝缺陷渗漏稳定性的判定：将步骤94计算的缺陷渗漏区预测直径DA和步骤93确定的缺陷渗漏区稳定直径Dw进行比较：
A、若DA>1.05Dw，则缺陷发生扩展或变形，对实际工程有潜在安全风险；
B、若1.05Dw≥DA≥0.95Dw，则缺陷渗漏区直径已处于稳定范围内；
C、若DA＜0.95Dw，则缺陷渗漏区直径尚未达到稳定状态。


2.根据权利要求1所述的土工膜防渗土石坝缺陷渗漏稳定性判别的试验方法，其特征在于：步骤7中，建立土工膜防渗土石坝的缺陷渗漏稳定数学模型，具体包括如下步骤：
步骤71，建立缺陷渗漏浸润区的预测稳定初始数学模型：根据不同含水率下垫层上不同渗漏时刻土工膜缺陷渗漏的分布特点，建立式(1)的缺陷渗漏浸润区的预测稳定初始数学...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛希璇，岑威钧，马泽锴，都旭煌，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32