专利名称：具有破损位置定位功能的土工膜的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种防渗工程内部土工膜的破损迅速定位方案，属于水利工程 (土木工程)一防渗技术领域。
背景技术：
渗透破坏是导致提坝溃塌灾难的最主要原因。在防渗体的构成材料中，土工膜的 价格低廉、防渗效果好，并具有适应坝体、地基变形的明显优势，在多地震地区、尤其在喀斯 特地貌区域几乎是首选材料。相关技术自二十世纪七十年代引入我国后，已经形成了一套 完整的土工膜生产、检验、防渗体设计、施工质量控制、验收等标准和规程，整体寿命也有明 显提高——期望寿命已经接近一百年。世界各国都在在各种设计规范和施工规范中大力推 荐土工膜作为防渗材料，我国前经贸委、水利部还先后组织了五十多个示范工程，以求尽快 推广其应用范围。但是，土工膜的抗拉、抗剪强度较低，提坝内的土工膜一旦在环境、水土生 物、衬垫外力等作用下受损，其“开裂部位难以确定”这一重大缺陷立即显现出来。由于渗 水穿越土工膜后迅速在土体内扩散，即使提坝内预埋监测仪器也无法确定损伤部位。这一 弊端使得开裂初期短暂的抢修时机丧失，导致撕裂和渗透破坏急剧扩展，严重威胁到提坝 的安全。因此土工膜在提坝、尤其是中高型土石坝中的应用一直受到极大的制约。有关部门的统计表明由于提坝内的土工膜遭受损伤后难以及时察觉、难以定位 修复，大多数工程(甚至是小型工程)都不愿使用土工膜，宁愿以成倍的代价、进行大范围 的灌浆防渗。我国有许多地区属于地震多发区，虽然其震级或破坏烈度通常不大，但由于灌 浆形成的防渗体薄而脆、与坝体材料的亲和力较差，必然在大坝受震变形时发生断裂或接 触带离析。于是在许多地方就出现了灌浆_渗漏_再灌浆_再渗漏的怪圈循环，每次花费 数百万 数千万元的资金灌浆，只能使大坝在2 5年内的渗透指标达到相应的标准。以 申请者承担鉴定的云南大姚县龙林水库为例2001年5月大坝灌浆完毕、当年汛期渗流指 标检验合格；2003年7月地震后随即发现比灌浆前更大的渗漏，并出现流土险情，经安全鉴 定为三类险坝。二百余万元的国债资金只“加固”了这个小(一)型水库大坝两年，使灌溉 用水的成本剧增到无法接受的3000 5000元/m3。相比之下，土工膜属于柔性材料，对坝体坝基变形的适应能力很强，在未遭受外力 刺穿、撕裂的情况下，其老化速度能够满足多数水利工程的经济寿命需求，特别适用于多地 震地区和岩溶地区作为价廉物美的防渗铺盖。例如，昆明金殿水库库区和翠湖等地曾经长 期大量漏水，多次采用混凝土塞、回填混凝土、充填灌浆等均未能解决问题，最后使用土工 膜作盆式铺盖，才达到了止漏防渗的目标。1998年全国大洪水汛期，土工膜也是各地防渗抢 险最普遍采用的措施。因此，一旦土工膜“损伤定位”的问题得到解决，必然提高土工膜的 安全性能、改善防渗体的性价比、明显降低提坝的造价；并且能为土工膜破坏后的提坝争取 到宝贵的抢修时间，有效地防止提坝溃塌引发灾难。资料检索表明，国内外在土工膜相关领域的研究主要集中在两个方面①铺设工 艺的研究，如垫层的筛分、层次、厚度，以及水压的关系，边角截水措施等；②材料改性的研究，如设法增加土工膜的韧性、塑性，改变厚度，延寿抗老化等。但在“内置土工膜受损部位 的确定”方面，尚未检索到任何研究或成果信息。“光纤应变监测技术”以及“分布式光纤测温技术”业已成熟，特别适合于需要大 范围密集监测的工程，已经成功应用于通讯光缆应力监测、光纤断路监测、输油管道应力监 测、以及高压电缆温度监测、大体积混凝土水化热监测等领域。土工膜上各点的应变或温度 是相互关联而连续的，土工膜的破裂部位必然发生应变和温度突变。如果将“光纤应变监 测技术”或“分布式光纤测温技术”与土工膜防渗技术相结合，依据相邻各点的同步应变或 温度对比即能找出可疑点，再对可疑点进行应变或温度的时域对比即能发现“应变突变”或 “温度突变”，从而确定土工膜的破损位置。此外，柔韧光纤的“加筋”作用，还能明显提高土 工膜的各项性能，改善坝坡的稳定性。
发明内容本实用新型所解决的技术问题是提供了一种具有破损位置定位功能的土工膜， 可用于防渗及渗流监测、并快速确定土工膜的破损位置，其原理成熟可靠、操作简便、定量 分析和计算快捷。解决本实用新型的技术问题所采用的方案是在土工膜上固定光纤，光纤在土工 膜内呈蛇形状均勻排列，光纤之间的间距小于或等于二倍光纤的敏感距离。本实用新型所述的光纤直径为4 μ m 50 μ m，在各幅土工膜的边缘应留出0. 2m 0. 5m的无光纤交叠区域，并且采用膜外连接光纤来焊接各幅土工膜的光纤头尾接头，形成 一条全面导通的光路。对于用采用应变定位的土工膜，光纤应制备在土工膜中，且光纤之间的间距 ^ 0. 8m(即光纤的应变敏感距离为0. 4m)；对于采用温度定位的土工膜，光纤制备在土工膜 中或粘贴在土工膜上，且光纤之间的间距彡Im(即光纤的温度敏感距离为0. 5m)。本实用新型的有益效果是(1)提供了内置土工膜破损位置的定位方法提坝内的土工膜遭受损伤后难以察觉和定位修复，这一弊端将丧失抢修时间、导 致渗透破坏的急剧扩展甚至溃坝，因此在全世界范围内土工膜的应用一直都受到很大的制 约。本实用新型将成熟的“光纤断路和应变检测”和“分布式光纤测温”原理引入土工膜防 渗技术，结合细径光纤土工膜创新和防渗铺设实践，从根本上解决了防渗工程内置土工膜 破损后无法定位的难题。(2)推广土工膜的使用、节省工程造价、减灾防灾。渗透破坏是提坝的险况和导致溃塌的最主要原因，土工膜是各国规范推荐的柔性 廉价防渗材料，其预期寿命已经能够满足工程经济寿命的要求，在多地震地区、尤其在喀斯 特地貌区域几乎是首选材料，水利部也曾组织了多个示范工程予以推广。我国是世界上提 坝数量最多、病险工程最多的国家，政府每年都拿出数百亿资金用于水利工程的除险加固。 由于本实用新型解决了“内置土工膜破损定位”这一关键问题，土工膜作为价廉物美的防渗 体，其应用范畴必将获得迅速拓展，逐渐取代充填灌浆、帷幕灌浆、乃至高压旋喷灌浆、防渗 墙等高价结构，从而在保证安全的前提下产生显著的经济效益。该技术对于提高土工膜的 安全性能、改善防渗体的性价比、增加坝坡的稳定性、明显节约提坝的除险加固费用等均有重大意义，并且为土工膜遭受破坏的提坝争取到了宝贵的抢修时间，能够有效地减少提坝 溃塌灾难的发生。(3)提出了 “细径光纤土工膜”的创新。得益于通讯领域的迅猛发展，光纤的直径已经达到4 μ m，透明度足够，已有长期监 测光纤连续应变达165km的成功范例，并有使用G652型光纤成功测温30km长度、周边涵盖 0. 5m的范例，细径光纤的柔韧性也已完全符合“纤维”属性。将细径光纤蛇形植入各种土工 膜，不仅密切粘结了密集的分布式应变传感器，还能起到“加筋”的效果，有效改善传统土工 膜和坝坡的相关力学性能。
图1为本发明的细径光纤土工膜结构示意图；图2为本发明的土工膜铺设状态示意图。图中土工膜1、光纤2、防渗边界3、交叠焊膜区4、膜外连接光纤5、坝顶6。
具体实施方式
参见图1、2，每幅土工膜1上都固定有光纤2，光纤2在土工膜1上呈往复蛇形状 均勻排列，平行的光纤2之间的间距小于或等于二倍光纤的敏感距离。光纤2的直径采用 4 μ m 50 μ m，在各片土工膜1的边缘应留出δ = 0. 2m 0. 5m的无光纤交叠区域，用来将 单幅的土工膜1结合成整个防渗面。为减少光纤接头，土工膜建议沿坝轴线方向铺设，多余 宽度的土工膜不宜在侧面剪断光纤，而是将多余宽度的土工膜向防渗边界(坝顶、坝基等) 嵌入铺设。土工膜1采用膜外连接光纤5来焊接，使各幅土工膜的光纤2头尾相接，形成一 条全面导通的光路，对顶部多余的土工膜1则向坝顶6折叠铺设(详见图2)。对于采用应 变定位的土工膜，光纤应制备在土工膜中，因光纤的应变敏感距离为0. 4m，所以光纤之间的 间距选择≤ 0. 8m ；对于采用温度测定位的土工膜，光纤既可制备在土工膜中、也可粘贴在 土工膜上，因光纤的温度敏感距离为0. 5m，所以光纤之间的间距选择≤lm。
权利要求一种具有破损位置定位功能的土工膜，其特征是在土工膜上固定光纤，光纤在土工膜内呈蛇形状均匀排列，光纤之间的间距小于或等于二倍光纤的敏感距离。
2.按权利要求1所述的具有破损位置定位功能的土工膜，其特征是所述的光纤直径 为4 μ m 50 μ m，在各幅土工膜的边缘应留出0. 2m 0. 5m的无光纤交叠区域，并且采用膜 外连接光纤来焊接各幅土工膜的光纤头尾接头。
3.按权利要求2所述的具有破损位置定位功能的土工膜，其特征是对于采用应变定 位的土工膜，光纤应制备在土工膜中，且光纤之间的间距<0. 8m;对采用温度定位的土工 膜，光纤制备在土工膜中或粘贴在土工膜上，且光纤之间的间距< lm。
专利摘要本实用新型涉及一种防渗工程内部土工膜的破损迅速定位方案，属于水利工程(土木工程)——防渗技术领域。本土工膜上固定有光纤，光纤在土工膜内呈蛇形状均匀排列，光纤之间的间距小于或等于二倍光纤的敏感距离。本实用新型所述的土工膜中的光纤端点连接至光纤应变或温度检测装置，经过光纤长度与铺设距离的换算，可快速准确地确定土工膜的破损位置，解决了防渗工程内置土工膜的破损定位的难题，并可提高土工膜的安全性能，节约堤坝造价和除险加固费用。
文档编号E02D33/00GK201660871SQ201020113850
公开日2010年12月1日 申请日期2010年2月20日 优先权日2010年2月20日
发明者刘海波, 吴霞, 杨华舒, 杨宇璐, 黄继伟 申请人:昆明理工大学