[发明专利]智能调控高土石坝土质心墙渗透固结变形的装置及方法

说明书

本发明公开了一种智能调控高土石坝土质心墙渗透固结变形的装置和方法；心墙内埋设有孔隙水压力传感器和用于注水和排水的管道，管道下端部和孔隙水压力传感器存在多种高程。管道为薄管，管壁包括反滤过渡层和位于反滤过渡层内的管体。管体上端延伸出坝顶，经控制阀与压力/体积控制器连接，压力/体积控制器、控制阀和孔隙水压力传感器，以及坝体内部同高程布置的若干坝壳和心墙位移监测设备均与控制平台连接。通过控制平台调整压力/体积控制器的水压力，自不同管道向心墙内不同位置注入或吸出水，以改变心墙内孔隙水压力，进而调整心墙渗透固结变形，达到防止心墙水力劈裂、实现大坝变形协调的目的，提高大坝安全性。

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，特别涉及一种智能调控高土石坝土质心墙渗透固结变形的装置及方法。

背景技术

自上世纪八十年代以来，中国土石坝建设发展迅速，心墙土石坝是高坝常见坝型之一。坝体和心墙的不均匀变形以及引起的裂缝、渗透破坏、水力劈裂等是危及大坝安全的重要原因之一。心墙填筑料与坝壳料相比有不同的压缩性，不同材料间沉降量和沉降时间的差异，导致了坝壳堆石与心墙的不协调变形，心墙沉降速度慢、沉降较大，坝壳沉降速度快、沉降较小。当心墙上游侧水压力大于其相应位置土压力时，心墙可能发生水力劈裂，裂缝的持续发展将最终导致心墙的渗透破坏和大坝溃决。对水力劈裂进行防范的主要手段是协调坝壳和心墙的变形，减小坝体内部不同位置的差异变形。但是，传统的土石坝坝工建设中，一旦坝体填筑完成，即已几乎完全失去了对大坝变形和安全进行调控的能力。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种高土石坝土质心墙变形协调的调控装置和方法，通过向土质心墙内注入或吸出水，改变心墙内的水压，调控心墙渗透固结变形，防止心墙拱效应和水力劈裂的发生，提高大坝的安全性。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，提供一种高土石坝土质心墙变形协调的调控装置，包括在高土石坝的土质心墙内部埋设有若干孔隙水压力传感器和若干竖直、用于注水和排水的管道，所有管道端部和孔隙水压力传感器存在多种高程；

所述管道的管壁包括外部反滤过渡层和位于反滤过渡层内的管体，所述的反滤过渡层包括与管体外形相匹配的第一反滤层和第二反滤层；

所述管体的下端封闭，其位于心墙内部的管壁上设有若干通孔，所述通孔的直径由管体的内壁至外壁逐渐减小；所述第一反滤层和第二反滤层的长度等于所述管体位于心墙内的长度；

所述管体的上端延伸出坝顶，与压力/体积控制器连接，且管体与压力/体积控制器之间设有控制阀，所有的压力/体积控制器、控制阀和孔隙水压力传感器均与控制平台连接。

第二方面，提供一种智能调控高土石坝土质心墙渗透固结变形的方法，采用高土石坝土质心墙渗透固结变形调控装置进行心墙渗透固结变形智能调控，包括以下步骤：

S1、心墙填筑过程中，在心墙内部埋设管体和孔隙水压力传感器，并在坝壳、心墙内部布设位移监测设备；

S2、在高土石坝填筑完成后，在坝顶布置压力/体积智能控制器和水箱；

S3、采用位移监测设备采集坝壳和心墙内的变形量；

S4、判断坝壳和心墙相对应高程处的变形量是否一致；若一致返回步骤S3，否则执行步骤S5；

S5、开启调整变形量不一致处的管体对应的压力/体积控制器和控制阀，向心墙相应高程处注入或者从心墙内部吸出水，使心墙变形增量和增速与坝壳变形增量和增速在数值上相匹配。