高土石坝中复合土工膜表面柔性应变计的安装结构及方法与流程

本发明属于岩土工程安全监测技术领域，具体涉及高土石坝中在复合土工膜表面安装柔性应变计的整体结构以及安装方法。

背景技术：

复合土工膜由土工膜（聚合物膜）与针刺土工织物加热压合或用胶黏剂粘合而成，其中土工膜实现防渗作用；土工织物保护土工膜，避免其防水层被碎石刺破、敷设时被人或机械压坏，同时土工织物又可以起到排水层的作用，排出渗透水或孔隙水后可防止土工膜被压力水或气抬起以及加速土工膜下面的垫层排水固结。复合土工膜一般分为一布一膜、两布一膜和两膜一布等种类，其宽幅4-6m，重量为200-1500g/平方米，抗拉、抗撕裂、顶破等物理力学性能指标高，产品具有强度高、延伸性能较好、变形模量大、耐酸碱、抗腐蚀、耐老化、防渗性能好等特点。

复合土工膜在低土石坝中的应用已较为普遍，有些高土石坝也在尝试应用复合土工膜作为大坝防渗体。在《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)中规定，土石坝按其高度可分为低坝、中坝和高坝，高度在30m以下为低坝，高度在30-70为中坝，高度在70m以上为高坝。

复合土工膜处于水下时，老化非常慢，在正常的保护条件下，其寿命可达50-100年。但在应用过程中容易发生几个问题：第一，复合土工膜是高分子化合物的柔性材料，厚度较薄，容易破裂；第二，在低温环境下，性能恶化，容易脆裂；第三，在接触阳光、气候冷热交替时，复合土工膜老化速度加快；第四， 容易受酸性、碱性或矿物油等化学腐蚀。特别是在高土石坝上应用时，因为坝体规模巨大，且坝体会发生位移或形变，这会导致其上覆盖的复合土工膜发生变形，影响防渗效果。因此，对复合土工膜状态的监测与坝体安全息息相关，而目前尚无有效的监测装置。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明公开了高土石坝中复合土工膜表面柔性应变计的安装结构以及安装方法，能够监测到高土石坝中复合土工膜的多向变形。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

高土石坝中复合土工膜表面柔性应变计的安装结构，包括坝面复合土工膜、过渡复合土工膜、柔性应变计、覆盖复合土工膜，所述柔性应变计包括应变计本体及连接在应变计本体一端的柔性连接杆，应变计本体连接柔性连接杆的一端、及柔性连接杆远离应变计本体的一端均连接有安装底板，所述安装底板固定在过渡复合土工膜上表面上，所述过渡复合土工膜下表面焊接在坝面复合土工膜表面上，柔性应变计保持张拉状态，柔性应变计一端连接有引出电缆，所述覆盖复合土工膜覆盖在柔性应变计上方，其边缘与坝面复合土工膜表面焊接。

进一步的，所述柔性应变计的底座与过渡复合土工膜粘接。

进一步的，所述柔性应变计的底座与过渡复合土工膜还通过铆钉连接。

进一步的，所述柔性连接杆外设有波纹管。

进一步的，所述引出电缆外设有保护管。

进一步的，所述保护管通过复合土工膜条焊接固定在坝面复合土工膜表面上。

进一步的，所述复合土工膜条沿保护管均匀设置。

本发明还提供了高土石坝中复合土工膜表面柔性应变计的安装方法，包括如下步骤：

步骤1，沿坝轴线方向选择若干典型监测断面，每个监测断面的迎水面从较低高程到防浪墙设计安装若干组柔性应变计，每组按照顺坡向和水平方向至少各设计安装1个柔性应变计；

步骤2，在坝面安装坝面复合土工膜；

步骤3，将检测合格的柔性应变计的2个安装底板与过渡复合土工膜粘接，再用铆钉将两者连接；

步骤4，按照步骤2中的设计，用全站仪定位，将过渡复合土工膜与坝面复合土工膜之间焊接，焊接时将柔性应变计保持设计方向，并张拉一定的量；

步骤5，将整个柔性应变计用复合土工膜覆盖，保持一定的富余量，周边接缝焊接在坝面复合土工膜上；

步骤6，将柔性应变计的引出电缆用保护管保护，保护管接头之间不用胶水固定，一直敷设至坝顶，PVC管每隔一定距离用复合土工膜条焊接固定；

步骤7，连续对柔性应变计读数，取稳定值作为初始值，填写仪器埋设考证表。

进一步的，所述步骤3中安装底板与其下连接的过渡复合土工膜尺寸相同。

进一步的，所述步骤3中安装底板与过渡复合土工膜采用环氧胶粘接。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

采用本发明方法安装的复合土工膜应变计能正常反应土工膜的变形，同时将对坝面复合土工膜的影响减小到最低：安装柔性应变计过程中避免了在坝面复合土工膜上钻孔，维持了坝面复合土工膜的完整性；柔性应变计安装底座与过渡复合土工膜采用铆钉连接，不采用一般的螺母连接，避免蓄水重压之后将复合土工膜顶破；安装完成的应变计采用复合土工膜覆盖，并保持复合土工膜有一定的弯曲，可以形成恰当的保护，避免使用刚性保护罩破坏坝面复合土工膜的完整性。此外，引出电缆采用PVC管保护，管接头处用外套管连接不采用胶粘，使得PVC管在大坝长期运行中能承受一定的变形。本发明实现了高土石坝复合土工膜表面应变监测，并可以实现自动化测量。

附图说明

图1为典型复合土工膜堆石坝示意图。

图2为柔性应变计安装结构示意图。

图3为图2的俯视图（图中为表现方便，覆盖复合土工膜以下的部件为透视状态）

图4为引出电缆外保护管安装示意图。

附图标记说明：

1-大坝，2-主堆石料，3-坝面复合土工膜，4-垫层，5-过渡层，6-固结灌浆，7-帷幕灌浆，8-柔性应变计，8-1-柔性应变计本体，8-2-柔性连接杆，8-3-波纹管，9-引出电缆，10-复合土工膜焊缝，11-过渡复合土工膜，12-覆盖复合土工膜，13-安装底板，14-铆钉，15-复合土工膜条，16-保护管。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

典型的复合土工膜堆石坝剖面如图1所示，大坝1由主堆石料2填筑，上游面有坝面复合土工膜3、垫层4、过渡层5等组成防渗体，上游坝基有固结灌浆6、帷幕灌浆7防渗，背水坡底部设堆石棱体排水。复合土工模变形量大、变形方向不确定，岩土工程中常规的振弦式或差动电阻式应变计弹膜大、不能承受较大的切向变形，因此不适合这类工作环境。柔性应变计在传感部件一段增加可以承受弯曲变形的柔性连接杆12并用不锈钢波纹管13保护，使轴向的变形测量基本不受切向变形影响。

本发明提供的在高土石坝复合土工膜表面安装柔性应变计的方法，包括如下步骤：

步骤1，为监测复合土工膜在水库蓄水后的变形情况，根据工程情况沿坝轴线方向选择3个以上典型监测断面，每个监测断面的迎水面从较低高程到防浪墙设计安装3-5组柔性应变计，每组按照顺坡向和水平方向各设计安装1个柔性应变计，以监测复合土工膜运行期的工作情况。本步骤里的端面数量，柔性应变计组数和每组中的数量均可以根据需要进行调整。

步骤2，首先要在坝面安装坝面复合土工膜后才可安装柔性应变计；

步骤3，需要安装的柔性应变计应检测合格，按照现场还需要加长电缆。将柔性应变计8的2个安装底板与过渡复合土工膜用环氧胶粘接，再用铆钉将两者可靠连接；如图2所示。

步骤4，按照步骤2中的设计，用全站仪定位，将过渡复合土工膜与坝面复合土工膜之间用专用焊枪焊接，焊接时将柔性应变计保持设计方向，并张拉一定的量，同时用便携式读数仪读数，使其将来能承受一定的受压变形，如图2所示。

步骤5，将整个柔性应变计用复合土工膜覆盖，保持一定的富余量，避免拉的太紧影响坝面土工膜的正常变形，将覆盖复合土工膜的周边接缝可靠焊接在坝面复合土工膜上，如图2所示。

步骤6，将柔性应变计的引出电缆9用保护管保护，保护管接头之间不用胶水固定，使其具有一定的变形富余，一直敷设至坝顶，保护管每隔2米用复合土工膜条焊接固定，如图4、图1所示。复合土工膜条焊接的间隔距离可以随需要改变。本例中保护管为PVC管，耐用且价格低廉。

步骤7，连续对柔性应变计读数，取稳定值作为初始值，填写仪器埋设考证表。

当坝体表面有形变时，柔性应变计能够输出电压值，安装完成后，日常监测中采集柔性应变计的读数，并通过以下公式计算应变量：

ε=K×(V-V₀)+b×（T-T₀）

式中：ε-应变，10^-6； K-灵敏度系数，10^-6/mV； V-本次电压读数，mV； V₀-初始电压读数，mV；b-温度修正系数，10^-6/℃；T-本次温度读数，℃；T0-初始温度读数，℃。

如图2、图3所示，固定在高土石坝中的符合土工膜表面柔性应变计的安装结构包括坝面复合土工膜3、过渡复合土工膜11、柔性应变计8、覆盖复合土工膜12。其中柔性应变计8包括应变计本体8-1及连接在应变计本体一端的柔性连接杆8-2，柔性连接杆外设有不锈钢波纹管8-3作为保护。应变计本体可以采用电感式位移计，输出相应电压值。应变计本体连接柔性连接杆的一端、及柔性连接杆远离应变计本体的一端均连接有安装底板13，两安装底板分别用环氧胶粘接在两块优选相同尺寸的过渡复合土工膜上表面上，再通过铆钉14连接，由于不采用一般的螺母连接，避免蓄水重压之后将复合土工膜顶破。过渡复合土工膜11下表面焊接在坝面复合土工膜3表面上，柔性应变计8保持张拉状态，柔性应变计8一端连接有引出电缆9，覆盖复合土工膜12覆盖在柔性应变计上方，其边缘与坝面复合土工膜表面焊接。在引出电缆外设有PVC保护管，PVC保护管通过复合土工膜条15焊接固定在坝面复合土工膜表面上，复合土工膜条沿保护管16以2米为间距均匀设置。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。