[发明专利]基于光纤测温原理的内置防渗土工膜破损监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种防渗工程内部土工膜破损的定位方法，属于水利工程(土 木工程)——防渗技术领域

背景技术

渗透破坏是导致堤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，堤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，即使堤坝内预 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，严重威胁到堤坝的安全。因此土工膜在堤 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：由于堤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。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、明显降低堤坝的造价；并且能为土工膜破坏后的堤坝争 取到宝贵的抢修时间，有效地防止堤坝溃塌引发灾难。

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。

“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，已经成功应用于混凝土坝的水化热监测、高压电缆的温度监测等领域。温 度可以通过饱和或非饱和的土体传递，且温度在地层中的变化是连续的。水在 4℃时密度最大，所以水库底部的水温通常较低；地层中的温度分布则恰好相 反，随着深度的增加而温度稳定升高。诸多研究已经证明：堤坝或坝基中发现 的低温异常与库水集中渗漏有关，因此可用温度来检测土工膜破损导致的集中 渗漏。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。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：提供了一种工程内置防渗土工膜破损监测、并 快速确定破损位置的方法，其原理成熟可靠、操作简便、定量分析和计算快捷。