具有感测功能的土工合成材料及其制备和使用方法技术

本发明专利技术涉及一种用于在土工合成结构和土工合成带中使用的具有感测功能的土工合成材料、制备所述具有感测功能的土工合成材料和所述土工合成带的方法，及测量由所述具有感测功能的土工合成材料制备的土工合成产品的几何应变的方法。所述具有感测功能的土工合成材料包括聚合物材料和导电填料。所述聚合物材料和导电填料结合，从而提供具有感测功能的土工合成材料。所述具有感测功能的土工合成材料具有预定浓度的导电填料，从而在逾渗区或稍高于逾渗区中为所述具有感测功能的土工合成材料提供导电性和应变敏感性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种用于在土工合成结构和土工合成带中使用的具有感测功能的土工合成材料、制备所述具有感测功能的土工合成材料和所述土工合成带的方法，及测量由所述具有感测功能的土工合成材料制备的土工合成产品的几何应变的方法。所述具有感测功能的土工合成材料包括聚合物材料和导电填料。所述聚合物材料和导电填料结合，从而提供具有感测功能的土工合成材料。所述具有感测功能的土工合成材料具有预定浓度的导电填料，从而在逾渗区或稍高于逾渗区中为所述具有感测功能的土工合成材料提供导电性和应变敏感性。【专利说明】 关于联邦资助的研究或开发声明不适用。相关申请的交叉参引本申请是2009年I月16日提交的美国序列号为12/354,828的部分继续申请，该申请的全部内容通过引用纳入本文。
本专利技术涉及用于构造土工合成结构(geosynthetic structure)(即涉及土工合成材料的岩土结构(geotechnical structure))的具有感测功能的(sensor-enabled)土工合成材料，及制备所述具有感测功能的土工合成材料的方法。另外，具有感测功能的土工合成材料的机械应变可以无需常规仪器而进行测量或监测。
技术介绍
土工合成材料是专门制造的在土木工程及环境工程中有广泛应用的聚合物基产品，所述土木及环境工程包括土壤的稳固和加强，分离和过滤，排水和封闭(containment)。土工合成技术的出现和发展对土木工程的设计和施工有显著影响。岩土工程的数量越来越多，包括应用土工合成材料作为当代环境问题的解决方案，经证实在基础设施的施工和改造方面具有优势，包括:施工的难易和速度、在难以进入的位置施工、在静态和地震荷载条件下的卓越性能、更低的成本、降低的结构尺寸及由此提供的更大的可用空间、美观的外观，和与环境的融合。在一些情况下(如危险垃圾和城市垃圾填埋中的土工膜)，土工合成材料的使用是由法律强制规定的。在过去的几十年里，土工合成工程及相关制造业和建筑业经历了巨大的增长，现已是成熟的技术，在美国和世界各地涉及数十亿美元的项目。同时，由于与土工合成有关的结构及设施变得无处不在，因此重要的是，通过健康监测和及时的措施来防止由于场所状况、材料性能和行为、施工操作、环境效应和负载条件的不确定性导致的结构性能不足所引起的灾难性故障和昂贵的维修费用，来确保这些结构不仅是安全的，而且能提供令人满意的可用水平。当这些结构支撑城市地区和交通沿线的关键基础设施时或保护环境免于有害废物、燃料泄漏或其他污染物时，尤其如此。基础设施的仪器和健康监测的重要性日益被认识到，以应对这些挑战和不确定性，从而确保项目相对于其安全性和成本而言是成功的。对于土工合成结构而言，健康监测的一个重要方面是监测土工合成材料在使用寿命和/或极端(如地震)事件中的应变。土工合成材料已成为基础设施发展和企业更新中不可或缺的一部分。遗憾的是，可持续发展的一个重要方面，即，它们的仪器和健康监测受到的关注较少，产生的后果代价高昂。在土工合成结构性能监测中的一个显著的困境是由于这样的事实，即仪器(如应变计)的安装通常繁琐且昂贵，后果却无法预知。目前对不同的土工合成结构的设计方针主要依据经验和传统(如极限平衡)方法，没有对重要因素(如峰值应变(peak strain))的影响和土工合成材料在土壤中的性质进行适当评估和深入了解。结果，过于保守的设计过程和减少的因素通常会影响土工合成材料的强度，从而引起有关其耐用性和蠕变性方面的问题。这使得在许多情况下这些结构的成本远大于所需，背离了(counter)它们固有的成本效益。可从可靠的健康监测系统明显受益的其他重要应用包括垃圾填埋场，使得能远在发生泄漏之前(在使用情况下或例如在地震事件之后)，检测土工膜在它们的沟槽锚、盖或其他位置处(如埋在几百英尺下的废物的土工膜内)是否存在过度应力。目前的技术仅涉及泄漏检测系统，该系统只能检测更前期的阶段的问题。类似的益处可以在污水池及其他土壤稳固、封闭和存储应用中的土工合成管、土工合成平台中实现。此外，目前，用于测量土工合成材料的应变的现有技术需要复杂昂贵的数据采集系统。用于土工合成材料仪器的现有技术主要是需要将应变计和拉伸计附着至土工合成材料，所述土工合成材料是在它们的隔离测试中针对偏离十字头位移的平均应变来校准。然而，这些校准因素由于至少三个下述重要原因而无法真正应用于嵌在土壤中的土工合成层:I)由于围压和互锁作用，与土工合成材料的隔离值相比，土工合成材料土壤中的机械性能(如拉伸模量)不同，2)并发状况，如由于机械干扰以及应变计与其接合组件(例如，粘合剂和保护套)和局部土壤的相互作用而产生的土拱(soil arching), 3)接合组件的未知的局部刚化效应。这些因素在现场应用中在测量土工合成材料的应变时可能引起明显误差。将隔离校准因素应用于在土壤中读出读取数据可能导致对强化应变和轴向负荷的估计明显过低，可能对稳定性和性能产生影响。最近的研究包括对在土工合成材料强化中用以评估整体应变的主题的讨论，所述主题例如应变计的校准、局部应变与整体应变、由于附着技术和矫正因素而产生的对应变的漏登(under-registration)。此外，由于增加的成本和护理水平、以及对仪器进行适当安装所需要的技术，对土工合成材料应变的检测通常不在野外进行。其他障碍包括缺乏可靠的应变计量技术和对承包者(contractor)的适当培训、仪器的耐用性和可靠性，以及对耗时安装和保护措施方面的要求。由于这些原因，在野外的土工合成仪器主要限于研究和示范项目，在它们的主流建造中具有相对微不足道的足迹——就在美国建造的巨大数目的土工合成相关结构而言。在已经安装了仪器的野外结构的那些场合中，与土工合成应变数据相关的仪器范围相当有限。结果，关于这些结构中应变和应力的程度和分布的重要信息通常是不能获得的。最近尝试测量土壤应变，在小规模实验室标本中，土壤中的强化应变包括涉及数字成像，X射线和断层摄影(tomographical)技术。然而,这些技术在土壤中的穿透范围有限，使得将它们用于野外规模的结构是不切实际的。另一个最近的发展涉及将光缆附着至土工织物或土工膜。然而，这些技术并没有在土工合成材料内弓I入感测能力，且与光纤材料及其安装相关的附加制造及建造成本需要进一步分析。因此，仍需要新一代土工合成材料，该材料具有嵌入其中的感测功能以测量它们的机械应变，并且不需要常规的仪器。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用在土工合成结构和土工合成带(geosyntape)中的、具有感测功能的土工合成材料。该具有感测功能的土工合成材料是由聚合物材料和与该聚合物材料结合的导电填料制造。所制造的具有感测功能的土工合成材料中含有预定浓度的导电填料，从而提供具有导电性以及随应变而变化的导电性的所述具有感测功能的土工合成材料。在本专利技术的另一实施方案中，提供了制备具有感测功能的土工合成材料和土工合成带的方法。所述具有感测功能的土工合成材料是通过提供聚合物材料和导电填料而制造的。一旦提供了聚合物材料和导电填料，就将该聚合物材料和导电填料混合，以提供所述具有感测功能的土工合成材料。所述具有感测功能的土工合成材料具有预定浓度的导电填料，从而提供具有导电性以及随应变而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量土工合成结构的几何应变的方法，包括以下步骤：提供土工合成结构，所述土工合成结构由具有感测功能的土工合成材料制造，并且所述土工合成结构选自土工织物、土工网、土工合成泥土垫、土工泡沫体和土工复合物；选择所述土工合成结构的测量位置，以测量所述几何应变；和在所述测量位置处测定所述土工合成结构的几何应变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：基亚努什·哈特米，布莱恩·格雷迪，
申请(专利权)人：俄克拉何马大学董事会，
类型：
国别省市：