一种可监测多材料联合防渗体系的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种可监测多材料联合防渗体系，属于防渗技术领域。
【背景技术】
[0002]河岸、堤坝的滑坡、坍塌成灾过程中，压力渗流起着显著的作用，异常渗流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。国内外采取的防渗措施大同小异，主要包括充填灌浆或帷幕灌浆、以混凝土或粘土或自凝灰为主体的各种防渗(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。这些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。红土呈弱酸性，其物理力学的支撑物质主要是Si02、Fe203、Al203、Ti02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Si02、Fe203、A1203、1102等发生互损的劣化反应，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。
[0003]在云南这种多地震的红土覆盖区域中，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。
[0004]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……。(5)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，未检索到与“多材料联合防渗”相关的研究信息。
[0005]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、1995Y1016、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，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，发明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》、《Advanced Materials Research》、《Applied Mechanics and Materials))等等国内外权威期刊上发表，并被SC1、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，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。
[0006]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隔离开来，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，除了具有渗透系数小、施工简便、修补快捷等优势，其耐久性也已经超过了堤坝的设计经济寿命，乃是抗渗、隔离的首选材料。土工膜的主要缺陷是:①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；②不能及时确定破损部位，由此将丧失宝贵的抢险时间。第①个问题，本项目组选用具有相当强度且能适应岩土结构变形的抗力过渡物质一一碳纤维布来解决，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，已经大量应用于建筑工程之中；前述的第②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，获得了“光纤土工膜”发明专利权，能够实现防渗体的实时大面积密集监测。
[0007]地震极易使岩土地基和堤坝出现裂隙和内部架空。本实用新型以粘土或混凝土作为内置传载体，以碳纤维布或钢丝网或土工织物来保持传载体断裂或架空后的基本形体及传载功能、并为土工膜提供均匀的抗力和平整的垫层，以光纤土工膜来抗渗并作为监测的载体，三者结合即获得性能优良的抗震防渗结构。本防渗体中采用的光纤土工膜不仅是大面积密集监测的载体，作为隔离层还解决了传统防渗体普遍存在的界面侵蚀难题。水中动植物的啃咬撕裂由碳纤维布抵抗；而内置传载体不仅给予土工膜以适宜的平面支撑和荷载传递、还将承担立面防渗体的定形任务。传载体若出现内部架空或断裂，将由高强度且柔性的碳纤维布自动调整其形状，以适应基础或堤坝的主体、确保其传力效果。作为土工膜的抗力保护垫层，碳纤维布还将起到均匀荷载、避免应力集中的效果。因此，这种新型的联合防渗体能够避免迄今普遍出现的侵蚀、架空、脆断，滤出、撕裂、扩散等等防渗体病害。
[0008]本实用新型由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)等资助研究，主要解决了传统防渗体断裂或架空后阻渗失效、渗流急剧恶化诱发岩土滑坡、坍塌等灾难的难题，并能显著降低渗漏量、长期监测渗流发展过程、确诊内置防渗体的病害位置。本防渗体不仅抗震耐用，而且为地质灾害抢险和异常渗流治理提供了准确的依据。
【发明内容】
[0009]针对上述现有技术存在的问题及不足，本实用新型提供一种可监测多材料联合防渗体系。本防渗体以粘土或混凝土作为内置传载体，以碳纤维布或钢丝网或土工织物来保持传载体断裂后的基本形体及传载功能、并为土工膜提供均匀的抗力和平整的垫层，以光纤土工膜来抗渗并作为监测载体，三者结合即获得抗震防渗性能优良的耐用结构。这种防渗体的原理成熟可靠，符合现行规范、制作简便，能够自动适应工程主体的变形，并能依据监测数据对异常渗流进行快捷分析、病害定位准确。本实用新型通过以下技术方案实现。
[0010]如图1所示，这种可监测多材料联合防渗体系，包括内置传载体1、维持传载体基本形状的包裹层2、抗渗监测层3和碳纤维布4。内置传载体I四周表面设置包裹层2，包裹层2在渗流来源侧(迎水面)设置抗渗监测层3，抗渗监测层3外设置碳纤维布4，作为分散荷载、抗动植物破坏的保护面。传载体1、包裹层2