本發(fā)明屬于巖土工程安全監(jiān)測技術領域，具體涉及高土石壩中在復合土工膜表面安裝柔性應變計的整體結構以及安裝方法。

背景技術：

復合土工膜由土工膜（聚合物膜）與針刺土工織物加熱壓合或用膠黏劑粘合而成，其中土工膜實現(xiàn)防滲作用；土工織物保護土工膜，避免其防水層被碎石刺破、敷設時被人或機械壓壞，同時土工織物又可以起到排水層的作用，排出滲透水或孔隙水后可防止土工膜被壓力水或氣抬起以及加速土工膜下面的墊層排水固結。復合土工膜一般分為一布一膜、兩布一膜和兩膜一布等種類，其寬幅4-6m，重量為200-1500g/平方米，抗拉、抗撕裂、頂破等物理力學性能指標高，產(chǎn)品具有強度高、延伸性能較好、變形模量大、耐酸堿、抗腐蝕、耐老化、防滲性能好等特點。

復合土工膜在低土石壩中的應用已較為普遍，有些高土石壩也在嘗試應用復合土工膜作為大壩防滲體。在《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274-2001)中規(guī)定，土石壩按其高度可分為低壩、中壩和高壩，高度在30m以下為低壩，高度在30-70為中壩，高度在70m以上為高壩。

復合土工膜處于水下時，老化非常慢，在正常的保護條件下，其壽命可達50-100年。但在應用過程中容易發(fā)生幾個問題：第一，復合土工膜是高分子化合物的柔性材料，厚度較薄，容易破裂；第二，在低溫環(huán)境下，性能惡化，容易脆裂；第三，在接觸陽光、氣候冷熱交替時，復合土工膜老化速度加快；第四， 容易受酸性、堿性或礦物油等化學腐蝕。特別是在高土石壩上應用時，因為壩體規(guī)模巨大，且壩體會發(fā)生位移或形變，這會導致其上覆蓋的復合土工膜發(fā)生變形，影響防滲效果。因此，對復合土工膜狀態(tài)的監(jiān)測與壩體安全息息相關，而目前尚無有效的監(jiān)測裝置。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明公開了高土石壩中復合土工膜表面柔性應變計的安裝結構以及安裝方法，能夠監(jiān)測到高土石壩中復合土工膜的多向變形。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

高土石壩中復合土工膜表面柔性應變計的安裝結構，包括壩面復合土工膜、過渡復合土工膜、柔性應變計、覆蓋復合土工膜，所述柔性應變計包括應變計本體及連接在應變計本體一端的柔性連接桿，應變計本體連接柔性連接桿的一端、及柔性連接桿遠離應變計本體的一端均連接有安裝底板，所述安裝底板固定在過渡復合土工膜上表面上，所述過渡復合土工膜下表面焊接在壩面復合土工膜表面上，柔性應變計保持張拉狀態(tài)，柔性應變計一端連接有引出電纜，所述覆蓋復合土工膜覆蓋在柔性應變計上方，其邊緣與壩面復合土工膜表面焊接。

進一步的，所述柔性應變計的底座與過渡復合土工膜粘接。

進一步的，所述柔性應變計的底座與過渡復合土工膜還通過鉚釘連接。

進一步的，所述柔性連接桿外設有波紋管。

進一步的，所述引出電纜外設有保護管。

進一步的，所述保護管通過復合土工膜條焊接固定在壩面復合土工膜表面上。

進一步的，所述復合土工膜條沿保護管均勻設置。

本發(fā)明還提供了高土石壩中復合土工膜表面柔性應變計的安裝方法，包括如下步驟：

步驟1，沿壩軸線方向選擇若干典型監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面的迎水面從較低高程到防浪墻設計安裝若干組柔性應變計，每組按照順坡向和水平方向至少各設計安裝1個柔性應變計；

步驟2，在壩面安裝壩面復合土工膜；

步驟3，將檢測合格的柔性應變計的2個安裝底板與過渡復合土工膜粘接，再用鉚釘將兩者連接；

步驟4，按照步驟2中的設計，用全站儀定位，將過渡復合土工膜與壩面復合土工膜之間焊接，焊接時將柔性應變計保持設計方向，并張拉一定的量；

步驟5，將整個柔性應變計用復合土工膜覆蓋，保持一定的富余量，周邊接縫焊接在壩面復合土工膜上；

步驟6，將柔性應變計的引出電纜用保護管保護，保護管接頭之間不用膠水固定，一直敷設至壩頂，PVC管每隔一定距離用復合土工膜條焊接固定；

步驟7，連續(xù)對柔性應變計讀數(shù)，取穩(wěn)定值作為初始值，填寫儀器埋設考證表。

進一步的，所述步驟3中安裝底板與其下連接的過渡復合土工膜尺寸相同。

進一步的，所述步驟3中安裝底板與過渡復合土工膜采用環(huán)氧膠粘接。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果：

采用本發(fā)明方法安裝的復合土工膜應變計能正常反應土工膜的變形，同時將對壩面復合土工膜的影響減小到最低：安裝柔性應變計過程中避免了在壩面復合土工膜上鉆孔，維持了壩面復合土工膜的完整性；柔性應變計安裝底座與過渡復合土工膜采用鉚釘連接，不采用一般的螺母連接，避免蓄水重壓之后將復合土工膜頂破；安裝完成的應變計采用復合土工膜覆蓋，并保持復合土工膜有一定的彎曲，可以形成恰當?shù)谋Ｗo，避免使用剛性保護罩破壞壩面復合土工膜的完整性。此外，引出電纜采用PVC管保護，管接頭處用外套管連接不采用膠粘，使得PVC管在大壩長期運行中能承受一定的變形。本發(fā)明實現(xiàn)了高土石壩復合土工膜表面應變監(jiān)測，并可以實現(xiàn)自動化測量。

附圖說明

圖1為典型復合土工膜堆石壩示意圖。

圖2為柔性應變計安裝結構示意圖。

圖3為圖2的俯視圖（圖中為表現(xiàn)方便，覆蓋復合土工膜以下的部件為透視狀態(tài)）

圖4為引出電纜外保護管安裝示意圖。

附圖標記說明：

1-大壩，2-主堆石料，3-壩面復合土工膜，4-墊層，5-過渡層，6-固結灌漿，7-帷幕灌漿，8-柔性應變計，8-1-柔性應變計本體，8-2-柔性連接桿，8-3-波紋管，9-引出電纜，10-復合土工膜焊縫，11-過渡復合土工膜，12-覆蓋復合土工膜，13-安裝底板，14-鉚釘，15-復合土工膜條，16-保護管。

具體實施方式

以下將結合具體實施例對本發(fā)明提供的技術方案進行詳細說明，應理解下述具體實施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。

典型的復合土工膜堆石壩剖面如圖1所示，大壩1由主堆石料2填筑，上游面有壩面復合土工膜3、墊層4、過渡層5等組成防滲體，上游壩基有固結灌漿6、帷幕灌漿7防滲，背水坡底部設堆石棱體排水。復合土工模變形量大、變形方向不確定，巖土工程中常規(guī)的振弦式或差動電阻式應變計彈膜大、不能承受較大的切向變形，因此不適合這類工作環(huán)境。柔性應變計在傳感部件一段增加可以承受彎曲變形的柔性連接桿12并用不銹鋼波紋管13保護，使軸向的變形測量基本不受切向變形影響。

本發(fā)明提供的在高土石壩復合土工膜表面安裝柔性應變計的方法，包括如下步驟：

步驟1，為監(jiān)測復合土工膜在水庫蓄水后的變形情況，根據(jù)工程情況沿壩軸線方向選擇3個以上典型監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面的迎水面從較低高程到防浪墻設計安裝3-5組柔性應變計，每組按照順坡向和水平方向各設計安裝1個柔性應變計，以監(jiān)測復合土工膜運行期的工作情況。本步驟里的端面數(shù)量，柔性應變計組數(shù)和每組中的數(shù)量均可以根據(jù)需要進行調整。

步驟2，首先要在壩面安裝壩面復合土工膜后才可安裝柔性應變計；

步驟3，需要安裝的柔性應變計應檢測合格，按照現(xiàn)場還需要加長電纜。將柔性應變計8的2個安裝底板與過渡復合土工膜用環(huán)氧膠粘接，再用鉚釘將兩者可靠連接；如圖2所示。

步驟4，按照步驟2中的設計，用全站儀定位，將過渡復合土工膜與壩面復合土工膜之間用專用焊槍焊接，焊接時將柔性應變計保持設計方向，并張拉一定的量，同時用便攜式讀數(shù)儀讀數(shù)，使其將來能承受一定的受壓變形，如圖2所示。

步驟5，將整個柔性應變計用復合土工膜覆蓋，保持一定的富余量，避免拉的太緊影響壩面土工膜的正常變形，將覆蓋復合土工膜的周邊接縫可靠焊接在壩面復合土工膜上，如圖2所示。

步驟6，將柔性應變計的引出電纜9用保護管保護，保護管接頭之間不用膠水固定，使其具有一定的變形富余，一直敷設至壩頂，保護管每隔2米用復合土工膜條焊接固定，如圖4、圖1所示。復合土工膜條焊接的間隔距離可以隨需要改變。本例中保護管為PVC管，耐用且價格低廉。

步驟7，連續(xù)對柔性應變計讀數(shù)，取穩(wěn)定值作為初始值，填寫儀器埋設考證表。

當壩體表面有形變時，柔性應變計能夠輸出電壓值，安裝完成后，日常監(jiān)測中采集柔性應變計的讀數(shù)，并通過以下公式計算應變量：

ε=K×(V-V₀)+b×（T-T₀）

式中：ε-應變，10^-6； K-靈敏度系數(shù)，10^-6/mV； V-本次電壓讀數(shù)，mV； V₀-初始電壓讀數(shù)，mV；b-溫度修正系數(shù)，10^-6/℃；T-本次溫度讀數(shù)，℃；T0-初始溫度讀數(shù)，℃。

如圖2、圖3所示，固定在高土石壩中的符合土工膜表面柔性應變計的安裝結構包括壩面復合土工膜3、過渡復合土工膜11、柔性應變計8、覆蓋復合土工膜12。其中柔性應變計8包括應變計本體8-1及連接在應變計本體一端的柔性連接桿8-2，柔性連接桿外設有不銹鋼波紋管8-3作為保護。應變計本體可以采用電感式位移計，輸出相應電壓值。應變計本體連接柔性連接桿的一端、及柔性連接桿遠離應變計本體的一端均連接有安裝底板13，兩安裝底板分別用環(huán)氧膠粘接在兩塊優(yōu)選相同尺寸的過渡復合土工膜上表面上，再通過鉚釘14連接，由于不采用一般的螺母連接，避免蓄水重壓之后將復合土工膜頂破。過渡復合土工膜11下表面焊接在壩面復合土工膜3表面上，柔性應變計8保持張拉狀態(tài)，柔性應變計8一端連接有引出電纜9，覆蓋復合土工膜12覆蓋在柔性應變計上方，其邊緣與壩面復合土工膜表面焊接。在引出電纜外設有PVC保護管，PVC保護管通過復合土工膜條15焊接固定在壩面復合土工膜表面上，復合土工膜條沿保護管16以2米為間距均勻設置。

本發(fā)明方案所公開的技術手段不僅限于上述實施方式所公開的技術手段，還包括由以上技術特征任意組合所組成的技術方案。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。