[发明专利]土工膜防渗土石坝缺陷渗漏稳定性判别的试验方法和装置

权利要求书

1.一种土工膜防渗土石坝缺陷渗漏稳定性判别的试验方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，填筑坝体：在模型水槽内，采用细砂填筑土工膜防渗土石坝的坝体：

步骤2，填充垫层：在坝体上游的垫层室内填充含水率为w₁的垫层料；

步骤3，铺设土工膜：将厚度为t的土工膜平整铺设在步骤2的垫层料表面；

步骤4，蓄水：在坝体上游的模型水槽内蓄水，使土工膜与垫层紧密贴服；

步骤5，土工膜缺陷渗漏试验，包括如下步骤：

步骤51，添加荧光剂：在步骤4模型水槽的蓄水中添加荧光剂；

步骤52，缺陷破坏：在选定的土工膜缺陷位置，对土工膜进行缺陷破坏；破坏起始时刻的孔洞直径，记为缺陷的初始直径d₀；

步骤53，观察缺陷渗漏扩散：在步骤52缺陷破坏的同时，开启荧光灯和与计算机相连接的高速摄像机；高速摄像机拍摄破坏起始时刻时土工膜缺陷的图像；

随后，高速摄像机按照设定时间间隔拍摄土工膜缺陷的图像，计算机实时量测并记录土工膜缺陷渗漏浸润区直径；记录n个时间节点分别为T₁、T₂、……T_n，且n≥3，0＜T₁＜T₂＜……＜T_n，当相邻时刻记录的土工膜缺陷渗漏浸润区直径稳定时，试验停止；T₁、T₂、……T_n时刻对应的土工膜缺陷渗漏浸润区直径，记为D₁₁、D₁₂、……、D_1n；

步骤6，不同含水率的垫层时土工膜的缺陷渗漏试验：将步骤2中含水率为w₁的垫层分别更换成含水率为w₂、w₃、w₄和w₅的垫层，重复步骤3至步骤5；其中，w₁＜w₂＜w₃＜w₄＜w₅；最终获得：

含水率为w₁的黏土垫层时，时间节点为T₁、T₂、……T_n的土工膜的缺陷渗漏浸润区直径依次为D₁₁、D₁₂、……、D_1n；

含水率为w₂的黏土垫层时，时间节点为T₁、T₂、……T_n的土工膜的缺陷渗漏浸润区直径依次为D₂₁、D₂₂、……、D_2n；

含水率为w₃的黏土垫层时，时间节点为T₁、T₂、……T_n的土工膜的缺陷渗漏浸润区直径依次为D₃₁、D₃₂、……、D_3n；

含水率为w₄的黏土垫层时，时间节点为T₁、T₂、……T_n的土工膜的缺陷渗漏浸润区直径依次为D₄₁、D₄₂、……、D_4n；

含水率为w₅的黏土垫层时，时间节点为T₁、T₂、……T_n的土工膜的缺陷渗漏浸润区直径依次为D₅₁、D₅₂、……、D_5n；

步骤7，建立土工膜防渗土石坝的缺陷渗漏预测稳定数学模型：建立的缺陷渗漏预测稳定数学模型，如下：

D＝c(1-e^-nT)^0.5(aw²+bw+f) (3)

其中，D为缺陷渗漏浸润区的预测直径，T为渗漏时间，w为垫层含水率，c、n、a、b和f为五个待确定的未知参数；

步骤8，确定五个未知参数：利用步骤5和步骤6中获取的土工膜缺陷渗漏试验数据，进行函数拟合，由此确定未知参数a、b、f、c和n；

步骤9，实际工程土工膜防渗土石坝缺陷渗漏稳定性的判定：包括如下步骤：

步骤91，获取实际垫层初始含水率w_A：通过查阅实际工程土工膜防渗土石坝中垫层的设计参数，获取实际垫层初始含水率w_A；

步骤92，确定浸润区最终稳定时刻T_w：将步骤91获取的实际垫层初始含水率w_A，代入参数已确定的公式(3)中，则公式(3)转化为：自变量为T，因变量为D的函数，也即D＝f(T)，对f(T)进行求导，则得到的比值；当时的自变量T，则为确定的浸润区最终稳定时刻T_w；

步骤93，确定缺陷渗漏区的稳定直径D_w：将步骤91获取的实际垫层初始含水率w_A和步骤92确定的浸润区最终稳定时刻T_w，均代入参数已确定的公式(3)中，从而得到上游坝面缺陷渗漏区的稳定直径D_w；

步骤94，计算土工膜缺陷渗漏区的预测直径D_A：将步骤91获取的实际垫层初始含水率w_A以及实际渗漏时间T_A，代入参数已确定的公式(3)中，从而获得实际渗漏时间T_A时的缺陷渗漏区的预测直径D_A；

步骤95，土工膜防渗土石坝缺陷渗漏稳定性的判定：将步骤94计算的缺陷渗漏区预测直径D_A和步骤93确定的缺陷渗漏区稳定直径D_w进行比较：

A、若D_A1.05D_w，则缺陷发生扩展或变形，对实际工程有潜在安全风险；

B、若1.05D_w≥D_A≥0.95D_w，则缺陷渗漏区直径已处于稳定范围内；

C、若D_A＜0.95D_w，则缺陷渗漏区直径尚未达到稳定状态。