船闸止水材料性能劣化规律试验研究

平陆运河河口船闸受咸水入侵及船闸闸室频繁灌泄水作用,形成了受紫外光照强、氯盐侵蚀及高频干湿交替共同影响的特殊腐蚀环境。然而,船闸止水材料在这一特殊服役环境下的性能劣化规律不甚明了。为此,文章开展了针对船闸止水材料在纯紫外老化环境、紫外老化与咸水高频干湿交替环境下的加速劣化试验,研究了四类橡胶止水带(包括:普通、OMEGA、GB、超高性能止水带)材料硬度、拉伸强度、断裂伸长率以及极限弹性模量随时间的劣化规律。结果表明:纯紫外老化环境下,四类橡胶止水带材料的硬度、极限弹性模量随劣化时间呈增大趋势,拉伸强度呈先增后减的变化趋势,断裂伸长率则单调减小;紫外老化与咸水高频干湿交替环境下,四类橡胶止水带材料的硬度、拉伸强度、断裂伸长率均随劣化时间呈减小趋势,极限弹性模量则单调增加。研究成果可为平陆运河河口船闸结构缝止水材料的优选类型提供重要参考依据。

土工膜与沥青混凝土结构新型接头模型试验研究

为研究土工膜与沥青混凝土结构之间的接头连接方式,基于室内模型试验,从土工膜与沥青混凝土之间的粘结强度、接头适应变形能力、接头防渗性能3个方面论证土工膜与沥青混凝土面板接头的可靠性,提出了土工膜与沥青混凝土结构新型接头连接方式。结果表明:采用SK手刮聚脲将土工膜粘贴至沥青混凝土上,粘结的强度随环境温度降低而升高,5℃时,粘结强度可达到1.0 MPa;通过在接头部位设置鼓包,可以吸收接头变形;HDPE膜与沥青混凝土连接板的接头可以适应上下错动7.8 cm+张开5 cm+剪切7.2 cm的位移;施加变形后对接头进行抗渗试验,接头在0.45 MPa的水压力下可以保持防渗性能。采用SK手刮聚脲将土工膜与沥青混凝土直接粘结,采取合理的施工工艺可保证接头连接的可靠性和适应性,对推广土工膜防渗具有积极意义。

不同温度下再生骨料沥青混凝土动态抗压性能研究

为进一步研究再生骨料沥青混凝土在水工建筑物中的适用性,本文在不同温度环境中对再生骨料水工沥青混凝土的动态力学特性进行试验研究。对再生骨料水工沥青混凝土在温度为-10℃~10℃和应变速率为10^(-5)~10^(-2)s^(-1)的条件下进行动态抗压性能试验研究。试验结果表明:再生骨料水工沥青混凝土的抗压强度和弹性模量与温度成反比关系,与加载速率成正比关系;峰值应变与温度成正比关系,与加载速率成反比关系。通过温度影响因子和相关性系数分析,发现抗压强度和弹性模量随着温度升高逐渐减小并趋于某一定值。

考虑多种作用效应的表面防渗聚脲涂层非线性分析及设计

聚脲与聚氨酯相比,具有绿色环保、耐久性好、力学性能优异、施工面适应性强等优势,聚脲基防渗层被广泛应用于水工结构中。鉴于防渗聚脲尚无成型的结构设计计算理论,惯常采用的经验性设计可能会导致不安全、不合理、不经济的设计结果,本研究通过探讨聚脲基表面防渗涂层非线性分析的关键理论,基于有限单元法建立了非线性数值模型。在涂层基面开裂、水压荷载作用、伸缩缝变形等不同受力工况下,通过对材料的受力变形行为、剥离行为、破坏模式等分析,总结了涂层受力变形规律,并基于分析结果,提出表面防渗聚脲设计流程。研究表明:对于水压作用下的涂层基面开裂工况,涂层最大应力随水压荷载、粘结强度增大而增大,随开裂宽度变化不显著,涂层剥离长度随粘结强度增大而减小,随开裂宽度增大而增大;对于伸缩缝变形工况,涂层剥离长度均随涂层厚度增大而增大,涂层剥离长度随伸缩缝变形量增大而增大,随粘结强度增大而减小,剥离长度随水压荷载变化趋势不显著;涂层最大应力随涂层厚度增大而减小,随粘结强度增大而增大,随水压荷载增大而逐渐增大。最终基于数值分析结果提出了考虑伸缩缝变形工况下的聚脲涂层结构设计方法,形成设计流程并计算机软件化。

土与反滤层接触面上入渗角对反滤效果的影响

坝体内部渗流方向通常因渗流部位的不同以及上下游水位的波动而产生变化,渗透水流在被保护土与反滤层之间的接触面上的入渗角并非正交。由于筑坝土料和反滤层两者的渗透系数差异较大,渗流入渗角引起接触面水力性状发生变化,进而会影响反滤层的反滤性能。利用PFC-3D软件分别建立渗流方向与接触面呈30°、45°、60°和90°夹角的数值模型,通过模拟计算被保护土颗粒的实时侵入率及其移动进入反滤层的深度,研究了不同方向渗流作用下的接触侵蚀与反滤效果。结果表明:渗流初始阶段,不同渗流方向下被保护土颗粒的侵入率、侵入深度差距较小;随着渗流时长的增加,呈90°夹角时的侵入率比较稳定且数值较小,侵入深度和接触面处的渗流速度最小,反滤层阻挡被保护土颗粒移动的能力较强;60°、45°和30°夹角时的滤土效果依次减弱,说明渗流方向与接触面的夹角越大,反滤效果越好;利用渗流折射原理讨论了计算结果的合理性,并与有关文献的试验结果进行了对比分析,认为在堤坝等水利工程中应重视填土与反滤层之间接触面的渗流入渗角的变化,尤其是界面上小角度入渗水流对反滤效果影响较大。

平原河网地区全库盆土工膜防渗水库膜下排水减压分析

平原河网地区地下水与河道联系紧密,在地质条件较差或有隔污等要求时建库,常采用全库盆土工膜防渗方案。为了满足土工膜抗浮稳定及防止气胀等问题,通过膜下布设排水管网进行排水减压。依托某引调水工程全库盆土工膜防渗平原水库,采用多孔介质渗流和管道流耦合的地下水流模拟方法,模拟复杂排水管网和库区岩土体共同作用的复合渗流场。通过对比不同排水方案、土层渗透性能等条件下的渗透压力分布表明,正交管网闭合小区内膜下渗透压力从小区中心向四周排水管逐渐降低,闭合小区内减压效果明显,坝脚位置膜下渗透压力明显高于库内区域,需增设坝脚排水管。淤泥质粉细砂层渗透性对膜下渗透压力影响较大,水库低水位运行期间应加强对膜下渗透压力的监测。研究结果可为平原河网地区全库盆土工膜防渗水库工程的渗控设计和安全运行提供参考。

网格布-聚脲涂层耦合作用力学破坏机理研究

实际防渗工程中有时会将聚脲材料同网格布组合为复合防渗涂层,但其聚脲材料与网格布的耦合作用机理和破坏模式缺乏研究,而且该种复合涂层在实际应用中亦存在脱落、水解、耐久性差等问题。因此本文基于试验和数值分析,探讨网格布纤维同聚脲材料的耦合作用,考察网格布与聚脲涂层耦合作用的受力变形行为和破坏模式,分析不同纤维-基体材料组合形式下的变形性能和承载性能。研究结果表明:纤维断裂导致聚脲材料出现瞬间应力突变,纤维断裂面及应力突变引发的微裂纹导致整体截面拉断。聚脲材料强度较高,设置网格布后会导致涂层产生损伤缺陷,使得强度及伸长率大幅下降,伸长率降幅达到75%以上,因此网格布对聚脲材料性能起到负面效应。同样研究表明,聚氨酯材料强度相对较低,设置网格布后强度增幅约为14%,网格布对聚氨酯材料起到一定加强效果,但同样会导致伸长率大幅降低。由于网格布的伸长率及强度决定了复合涂层的伸长率及强度,因此在实际工程应用中,出现以下条件之一时不应在聚脲基体材料中设置网格布:(a)对止水防渗涂层伸长率要求高于网格布破坏伸长率;(b)基体材料强度大于网格布强度;(c)基体材料强度大于涂层-基面切向粘接强度。目前现有聚脲的相关标准及规范中的物理力学性能均未使用网格布进行加强,且科学定义的聚脲的相应标准及规范中所提的材料指标也均符合本研究所建议的不应加网格布的相应条件,因此建议工程中使用的聚脲材料不应设置网格布。

矿渣粉改良分散性土的工程特性研究

分散性土的抗冲蚀能力较低,易发生管涌、流土等破坏,作为建筑材料存在较大的工程隐患。通过对矿渣微粉改性分散性土进行分散性鉴定试验、单轴抗压试验以及压缩试验,来探讨其力学性质,以确保在工程中的使用效果。试验表明:随着矿渣微粉掺量的提高和养护龄期的增加,抑制了土体的分散性,提升了土体的力学性质,降低了其压缩性,矿渣微粉掺量达到7%,养护7 d以上,其改性效果较佳;从微观角度来看,矿渣微粉加入到分散性土样中,发生水化反应以及离子置换反应,通过降低双电层厚度,提供胶结物质使土颗粒变得紧密,填充土体孔隙降低土体的分散性,改善了土体的力学特性。

面板堆石坝含特细砂砂砾石填筑料碾压特性研究

阿尔塔什水利枢纽工程大坝主堆石区填筑料以砂砾石料为主,该地区河滩砂砾石料颗粒级配中的砂为特细砂,其在砂的级配中缺少中粗砂、级配不连续、保水性较差等特殊性级配料的特点导致其在施工过程中势必会影响到碾压的压实效果,给施工过程的质量控制带来很大难度。阐述了施工中通过对含特细砂砂砾石填筑料进行的不同加水量、不同厚度、不同碾压遍数及碾压机械等不同的碾压工艺参数进行试验检测、综合统计分析研究,探索出适合该工程的相关碾压施工参数标准,优化了施工碾压参数,提升了施工现场试验检测控制的时效性,为大坝填筑建设提供了稳定、可靠的施工参数,增强了坝体整体填筑的可靠性,为减小坝体沉降变形、提高大坝抗震安全储备和控制大坝施工质量等提供了有利条件。

不同应力条件下砾石土防渗料和反滤料联合抗渗试验研究

利用自行研制的可提供高水压、高应力的粗粒土大型高压渗透仪,对双江口砾石土心墙堆石坝防渗料和反滤料进行了联合抗渗试验,研究不同应力状态下防渗料和反滤料的渗透变形特性。结果表明:(1)单向压缩条件下,防渗料的渗透系数随应力的增加而减小,且渗流稳定时的渗透系数与应力的关系满足Louis负指数方程;试样发生破坏的临界坡降随应力的增加而增大。(2)水平加荷、竖向自由变形条件下,试样的渗透系数随水平应力的增加先减小后增大。试样发生破坏的临界坡降随水平应力的增加先增大后减小。在达到峰值之前,反滤料越松或越细,临界坡降随水平应力增大的幅度越大;在达到峰值之后,反滤料越密或越细,临界坡降随应力减小的幅度越大。

CW520丙烯酸盐灌浆材料交联剂合成及其浆液性能研究

介绍了一种环保交联剂的合成方法,该交联剂无毒且可溶于水,可取代原丙烯酸盐化学灌浆材料常用交联剂甲撑双丙烯酰胺,解决甲撑双丙烯酰胺不易溶解和污染环境等问题。并以此种交联剂为原料进行CW520丙烯酸盐化学灌浆材料配方试验研究,确定了其配方。对这种浆液和凝胶体的性能测试表明:CW520丙烯酸盐化学灌浆材料具有粘度低、流动性好、可灌入细微裂缝、凝胶时间可控、渗透系数低、固砂体抗压强度较高等特点,具有很好的推广利用价值。

大型U形混凝土衬砌渠道季节性冻融水热耦合模型研究

依据温度梯度理论,论述了大型U形混凝土衬砌渠道冻胀机理;运用原型观测成果,建立了大型U形混凝土衬砌渠道季节性冻融水热耦合二维模型,采用混合型Richards方程对冻结过程中渠基非饱和土壤水分运移进行了模拟;并用冻结水分运移量、气温和冻深观测值分别建立了冻深、冻胀预测模型。经检验:模拟曲线和预测曲线与原型观测曲线基本吻合。该研究为大型U形混凝土衬砌渠道设计、推广应用提供了理论依据。

沥青混凝土面板防渗工程中的几个问题

针对沥青混凝土面板防渗技术在国内水利水电工程应用中所关心的问题,例如:沥青混凝土面板机械化施工、沥青混凝土面板斜面稳定性、沥青混凝土面板低温抗冻断、沥青混凝土环保等进行了分析研究,并对沥青混凝土面板防渗技术的应用前景予以展望.

糯扎渡心墙堆石坝防渗土料的设计、研究与实践

糯扎渡水电站心墙堆石坝最大坝高261.5 m,心墙防渗料采用天然土料掺入人工级配碎石的掺砾土料。为解决超高心墙堆石坝防渗料的技术难题,在糯扎渡工程设计与实践中针对土料进行了料源勘察、土料特性试验、现场工艺试验、填筑压实质量控制以及安全监测与反馈分析等方面的综合研究,简要介绍了以上几方面所取得的科研设计成果。

环氧树脂灌浆材料的种类及其在工程中的应用

阐述了国内外环氧树脂灌浆材料的种类、配方及主要性能,简单介绍了国内外环氧灌浆材料部分生产厂家及型号,概括了环氧树脂灌浆材料在水利工程中的断层破碎带、泥化夹层、溶蚀带和裂缝处理中的典型应用情况。考虑到目前我国广泛采用的是糠醛-丙酮混合稀释剂的环氧树脂灌浆材料,这种体系由于糠醛的添加往往会产生环境问题,因此,今后国内环氧灌浆材料的研究应向着低毒、无气味方向发展,大力开发水性和无有机溶剂环氧灌浆材料。

聚脲复合涂料体系的设计与耐候性研究

针对西部地区紫外辐射强、日温差大这类严苛的水工建筑材料服役环境,选用粘接性能良好的环氧材料作为底层涂料,设计出聚脲复合涂料体系,该涂料体系有效提升了耐候性聚脲复合涂层材料的粘接性能,增强了水工混凝土防护修补材料体系的整体性能,延长其使用寿命。该聚脲复合涂料体系的抗冻性能、防水抗渗能力和耐候性良好,外表美观,符合西部高寒地区水工防护修补材料的基本性能要求。

PTN新型渠道接缝材料研制

在分析探讨渠道接缝材料在渠道输配水工程中的重要作用的基础上,针对我国目前现有渠道接缝材料的不足,提出了新型渠道接缝材料PTN,论述了其方案筛选、配方及制作工艺过程,并将新型渠道接缝材料PTN的主要性能与国内外同类产品作了比较,认为PTN为一种适于我国国情的性能优越的新型渠道接缝材料。

喷涂聚脲弹性体材料人工老化性能试验研究

通过人工热空气老化试验及湿热老化试验,研究了喷涂聚脲材料的热老化和湿热老化性能,并采用动力学经验公式回归方法和Arrhenius外推法,以拉伸强度为考察指标、老化系数为0.5作为寿命临近值,对聚脲材料在热和湿热两种条件下的工程使用寿命进行了预测研究。试验结果表明,喷涂聚脲材料具有很好的热老化和湿热老化性能,并从分子结构方面对此进行了说明。试验预测结果表明,喷涂聚脲材料可以满足通常水利工程湿热条件下对材料使用寿命的要求。

水泥基速凝灌浆材料研究

对渗漏基础进行灌浆处理是水利工程中常用的办法,但通常使用的普通硅酸盐水泥灌浆材料具有浪费大、效率低,甚至不能凝结堵漏等缺点.因此,研究了一种基于水泥基的速凝灌浆材料,具有动水条件下凝结时间短、早期强度高和抗水流冲击等特点,可在一定流速、一定流量的渗漏地层中作堵漏灌浆材料使用.

南水北调工程穿黄隧洞CW620聚脲混凝土表面防护材料应用研究

南水北调中线工程穿黄隧洞锚具槽部位新浇混凝土与原混凝土之间形成环状施工缝,因新旧混凝土性能差异,导致部分施工缝表面呈片状、点状渗水,为加强止水防渗效果,施工缝经化学灌浆处理后,需再进行聚脲材料表面涂覆封闭处理。由于穿黄隧洞内具有低温、潮湿的环境特点,为保证施工质量,选取CW620聚脲混凝土表面防护材料进行应用实验研究。