专利名称：柔性防渗材料抗高压水开裂能力的仿真试验模型和方法
技术领域：
本发明涉及混凝土坝面上的柔性防渗系统，特别涉及该柔性防渗系统的柔性防渗材料抗高压水开裂能力的仿真试验模型，以及利用该模型的仿真方法。
背景技术：
申请人:研发了一种混凝土坝面上的柔性防渗系统，其在开裂混凝土坝面或坝踵的一定范围内设置柔性防渗材料层，以防止混凝土或坝踵开裂后高压水产生水力劈裂作用而损坏大坝。但是，还需要验证该柔性防渗材料在300m高水头压力作用下承受坝面裂缝开裂能力的仿真装置及其方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种验证混凝土坝面上的柔性防渗材料在300m高水头压力作用下承受坝面裂缝开裂能力的柔性防渗材料抗高压水开裂能力的仿真试验模型。解决上述问题的技术方案是这种柔性防渗材料抗高压水开裂能力的仿真试验模型，试验模型上框架包括第一内圈钢板和第一外圈钢板，二者之间形成的中空腔内填充钢筋混凝土，其下框架包括第一内圈钢板和第一外圈钢板，二者之间形成的中空腔内填充钢筋混凝土，上下框架之间形成中空腔。下框架通过支架固定在地面上，上下框架第一内圈钢板的内表面上均设置混凝土层，混凝土层上设有柔性防渗材料层，上下框架第一外圈钢板外表面分别固定第一钢梁、第二钢梁，第一钢梁和第二钢梁一一对应地接触并通过四根丝杠连接，上框架上口内衬有与结构配筋焊接为一体的钢法兰口，法兰口上部通过螺栓固定有顶盖，顶盖上设置注水口和压力表，在顶盖和每根第一钢梁之间均设有一个油压千斤顶。由于通过油压千斤顶可以使上框架移动，通过精确控制油压千斤顶的行程能够精确控制裂缝开度的要求，所以能够验证混凝土坝的柔性防渗材料在300m高水头压力作用下承受坝面裂缝开裂能力。还提供了利用以上仿真模型进行柔性防渗材料抗高压水开裂能力仿真的方法，包括以下步骤⑴在第一内圈钢板和第二内圈钢板的内表面上烧筑、养护混凝土层；⑵在混凝土层上粘贴、固定柔性防渗材料层；⑶对仿真试验模型充水、封盖、加压；⑷控制油压千斤顶来调节上框架和下框架之间的裂缝开度；(5)确定柔性防渗材料层是否漏水。采用这种方法，可以验证以上装置的防渗材料在300m高水头压力作用下承受坝面裂缝开裂能力。
图I是根据本发明的柔性防渗材料抗高压水开裂能力的仿真试验模型的结构示意图。
具体实施例方式如图I所示，这种柔性防渗材料抗高压水开裂能力的仿真试验模型，试验模型上框架包括第一内圈钢板和第一外圈钢板，二者之间形成的中空 腔内填充钢筋混凝土，其下框架包括第一内圈钢板和第一外圈钢板，二者之间形成的中空腔内填充钢筋混凝土，上下框架之间形成中空腔。下框架通过支架固定在地面上，上下框架的第一内圈钢板的内表面上均设置混凝土层，混凝土层上设有柔性防渗材料层，上下框架的第一外圈钢板外表面分别固定第一钢梁、第二钢梁，第一钢梁和第二钢梁一一对应地接触并通过四根丝杠连接，上框架上口内衬有与结构配筋焊接为一体的钢法兰口，法兰口上部通过螺栓固定有顶盖，顶盖上设置注水口和压力表，在顶盖和每根第一钢梁之间均设有一个油压千斤顶。由于通过油压千斤顶可以使上框架移动，通过精确控制油压千斤顶的行程能够精确控制裂缝开度的要求，所以能够验证混凝土坝的柔性防渗材料好坏。优选地，第一钢梁、第二钢梁的数量均是四根。优选地，所述油压千斤顶是100吨的油压千斤顶。优选地，柔性防渗材料层是PVC 土工膜层、PVC复合土工膜层、三元乙丙加筋橡胶板、双面自粘防水卷材层、或弹性防水涂层。优选地，柔性防渗材料层是2层三元乙丙加筋橡胶板，每层厚度为I. 5mm。优选地，柔性防渗材料层是膜厚4mm、复合200g/m2的2层无纺布层。优选地,柔性防渗材料层是膜厚2_、复合200g/m2的无纺布层与厚4_的双面自粘防水卷材层的组合防水层。还提供了利用以上仿真模型的柔性防渗材料抗高压水开裂能力的仿真方法，包括以下步骤⑴在上下框架的第一内圈钢板的内表面上浇筑、养护混凝土层；⑵在混凝土层上粘贴、固定柔性防渗材料层；⑶对仿真试验模型充水、封盖、加压；⑷控制油压千斤顶来调节上框架和下框架之间的裂缝开度；(5)确定柔性防渗材料层是否漏水。采用这种方法，可以验证以上装置的防渗效果好坏。采用这种方法，可以验证以上装置的防渗效果好坏。优选地，步骤(I)中紧贴上下框架的第一内圈钢板的内表面浇筑一层IOcm厚的混凝土，浇筑混凝土之前，在钢板上置入钢筋，浇筑24小时后拆掉内置模板，然后养护28天；步骤(2)中如果柔性防渗材料层是三元乙丙加筋橡胶板，则采用粘结剂直接粘贴在混凝土坝面上，橡胶板与橡胶板之间的搭接采用特制的搭接胶进行粘结，同时搭接缝内侧采用内密封膏密封、搭接缝外侧采用外密封膏密封，第一层三元乙丙加筋橡胶板粘贴好后，再采用粘结剂将第二层橡胶板粘贴在第一层橡胶板上，并采用同样的方法处理搭接缝，橡胶板与混凝土坝面上下收头采用压条与螺钉固定，压条部位的橡胶板背面涂止水马蹄脂膏，压条外沿涂外密封膏；如果柔性防渗材料层是膜厚共4mm、复合200g/m2的2层无纺布层，里层的无纺布层采用粘结剂粘贴在混凝土层上，接缝之间采用焊接连接，再在里层上铺设外层的无纺布层，里外层之间采用竖向线焊接固定，接缝之间采用焊接连接；如果柔性防渗材料层是膜厚2mm、复合200g/m2的无纺布层与厚4mm的双面自粘防水卷材层的组合防水层，里层采用双面自粘防水卷材层粘结剂粘贴在混凝土层上，里层自身搭接接缝，粘贴好后揭掉表面的防粘纸，直接粘贴膜厚2mm、复合200g/m2的无纺布层，无纺布侧与双面自粘防水卷材相连，无纺布之间的接缝采用焊接处理；步骤(3)中待粘结剂在空气中自然干燥7d，粘结剂达到预期强度后即可充水，充水后将顶盖上的排气阀打开，用螺栓将顶盖固定在上框架上，使仿真模型的内腔形成一个封闭的整体，然后直接用与自来水相连的水管对模型内腔进行排气和初步加压，待模型内腔气体排尽后，用高压氮气瓶加压至3MPa，稳压24小时；步骤
(4)中松开油压千斤顶使裂缝张开至2mm，其中裂缝张开宽度通过压力表控制，待裂缝张开到位，迅速将压力重新升至3MPa，稳压24小时，然后松开油压千斤顶使裂缝张开至5mm，并在3MPa压力下稳压24小时，最后松开油压千斤顶使裂缝张开至8mm，压力升至3MPa，稳压 至少7小时。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.柔性防渗材料抗高压水开裂能力的仿真试验模型，其特征在干其包括上框架(I)和下框架(2)，上框架包括第一内圈钢板(11)和第一外圈钢板(12)，第一内圈钢板和第一外圈钢板之间形成ー个中空腔，空腔内填充钢筋混凝土，下框架包括第一内圈钢板(21)和第一外圈钢板(22),第一内圈钢板和第一外圈钢板之间形成ー个中空腔,空腔内填充钢筋混凝土，下框架通过支架(3)固定在地面上，上下框架的第一内圈钢板(11，21)的内表面上均设置混凝土层(4)，混凝土层上设有柔性防渗材料层(5)，上下框架的第一外圈钢板(11，21)外表面分别固定多根第一钢梁(13)、第二钢梁(23)，第一钢梁(13)和第二钢梁(23)—一对应地接触并通过四根丝杠(6)连接，上框架上口内衬有与结构配筋焊接为一体的钢法兰ロ，法兰口上部通过螺栓固定有顶盖(8)，顶盖上设置注水ロ(7)和压カ表(9)，在顶盖(8)和每根第一钢梁之间均设有一个油压千斤顶(10)。
2.根据权利要求I所述的柔性防渗材料抗高压水开裂能力的仿真试验模型，其特征在于第一钢梁、第二钢梁的数量均是两根。
3.根据权利要求2所述的柔性防渗材料抗高压水开裂能力的仿真试验模型，其特征在于所述油压千斤顶是100吨的油压千斤顶。
4.根据权利要求3所述的柔性防渗材料抗高压水开裂能力的仿真试验模型，其特征在干柔性防渗材料层是PVC 土工膜层、PVC复合土工膜层、三元こ丙加筋橡胶板、双面自粘防水卷材层、或弹性防水涂层。
5.根据权利要求3所述的柔性防渗材料抗高压水开裂能力的仿真试验模型，其特征在于柔性防渗材料层是2层三元こ丙加筋橡胶板，每层厚度为I. 5mm。
6.根据权利要求3所述的柔性防渗材料抗高压水开裂能力的仿真试验模型，其特征在于柔性防渗材料层是膜厚4mm、复合200g/m2的2层无纺布层。
7.根据权利要求3所述的柔性防渗材料抗高压水开裂能力的仿真试验模型，其特征在于柔性防渗材料层是膜厚2mm、复合200g/m2的无纺布层与厚4mm的双面自粘防水卷材层的组合防水层。
8.—种柔性防渗材料抗高压水开裂能力的仿真方法，其特征在于包括 以下步骤 ⑴在上下框架第一内圈钢板的内表面上烧筑、养护混凝土层； ⑵在混凝土层上粘贴、固定柔性防渗材料层； ⑶对仿真试验模型充水、封盖、加压； ⑷控制油压千斤顶来调节上框架和下框架之间的裂缝开度； (5)确定柔性防渗材料层是否漏水。
9.根据权利要求8所述的柔性防渗材料抗高压水开裂能力的仿真方法，其特征在于步骤(I)中紧贴上下框架第一内圈钢板的内表面浇筑ー层IOcm厚的混凝土，浇筑混凝土之前，在钢板上置入钢筋，浇筑24小时后拆掉内置模板，然后养护28天；步骤(2)中如果柔性防渗材料层是三元こ丙加筋橡胶板，则采用粘结剂直接粘贴在混凝土坝面上，橡胶板与橡胶板之间的搭接采用特制的搭接胶进行粘结，同时搭接缝内侧采用内密封膏密封、搭接缝外侧采用外密封膏密封，第一层三元こ丙加筋橡胶板粘贴好后，再采用粘结剂将第二层橡胶板粘贴在第一层橡胶板上，并采用同样的方法处理搭接缝，橡胶板与混凝土坝面上下收头采用压条与螺钉固定，压条部位的橡胶板背面涂止水马蹄脂膏，压条外沿涂外密封膏；如果柔性防渗材料层是膜厚共4mm、复合200g/m2的2层无纺布层，里层的无纺布层采用粘结剂粘贴在混凝土层上，接缝之间采用焊接连接，再在里层上铺设外层的无纺布层，里外层之间采用竖向线焊接固定，接缝之间采用焊接连接；如果柔性防渗材料层是膜厚2mm、复合200g/m2的无纺布层与厚4mm的双面自粘防水卷材层的组合防水层，里层采用双面自粘防水卷材层粘结剂粘贴在混凝土层上，里层自身搭接接缝，粘贴好后揭掉表面的防粘纸，直接粘贴膜厚2mm、复合200g/m2的无纺布层,无纺布侧与双面自粘防水卷材相连,无纺布之间的接缝采用焊接处理；步骤(3)中待粘结剂在空气中自然干燥7d，粘结剂达到预期强度后即可充水，充水后将顶盖上的排气阀打开，用螺栓将顶盖固定在上框架上，使仿真模型的内腔形 成一个封闭的整体，然后直接用与自来水相连的水管对模型内腔进行排气和初步加压，待模型内腔气体排尽后，用高压氮气瓶加压至3MPa，稳压24小时；步骤(4)中松开油压千斤顶使裂缝张开至2_，其中裂缝张开宽度通过压力表控制，待裂缝张开到位，迅速将压力重新升至3MPa，稳压24小时，然后松开油压千斤顶使裂缝张开至5mm，并在3MPa压力下稳压24小时，最后松开油压千斤顶使裂缝张开至8mm，压力升至3MPa，稳压至少7小时。
全文摘要
公开一种柔性防渗材料抗高压水开裂能力的仿真试验模型，模型上框架包括第一内圈钢板和第一外圈钢板，二者之间形成的中空腔内填充钢筋混凝土，其下框架包括第一内圈钢板和第一外圈钢板，二者之间形成的中空腔内填充钢筋混凝土，上下框架之间形成中空腔。下框架通过支架固定在地面上，上下框架的第一内圈钢板的内表面上均设置混凝土层，混凝土层上设有柔性防渗材料层，上下框架的第二外圈钢板外表面分别固定第一钢梁、第二钢梁，第一钢梁和第二钢梁一一对应地接触并通过四根丝杠连接，上框架上口内衬有与结构配筋焊接为一体的钢法兰口，法兰口上部通过螺栓固定有顶盖，顶盖上设置注水口和压力表,在顶盖和每根第一钢梁之间均设有一个油压千斤顶。还提供了仿真方法。
文档编号G01N15/08GK102841020SQ201210327478
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者贾金生, 李新宇, 郑璀莹, 瞿扬, 郝巨涛 申请人:中国水利水电科学研究院