高拱壩壩踵噴涂聚脲防滲層的性能與應(yīng)用研究.pdf

1、在施工期和運行期高拱壩壩踵部位極易出現(xiàn)開裂，導(dǎo)致高壓庫水進(jìn)入裂縫引發(fā)水力劈裂及各種次生災(zāi)害，危及大壩的安全，因此在高拱壩壩踵部分區(qū)域加強(qiáng)防滲處理保護(hù)是極為必要。噴涂聚脲彈性體作為新興的防護(hù)技術(shù)，具有其綠色環(huán)保、良好的防護(hù)性能，先進(jìn)的施工技術(shù)等優(yōu)勢，但在高拱壩壩踵防滲處理方面的應(yīng)用尚處于起步階段，無論是關(guān)鍵性能還是施工鋪設(shè)方法都缺乏可靠的理論的支撐。為深入了解應(yīng)用于高拱壩壩踵防滲的噴涂聚脲彈性體的性能，本文進(jìn)行的主要工作如下:
　　

2、(1)對聚脲彈性體材料的拉伸性能進(jìn)行了試驗。聚脲的線彈性階段在0～0.1之間，對應(yīng)的彈性模量約為50 MPa;聚脲的拉伸強(qiáng)度大于22 MPa，斷裂伸長率大于450％;聚脲厚度隨伸長率的增大而減小，當(dāng)伸長率為100％時，聚脲試件厚度約為初始厚度的0.6倍，300％時約為初始厚度的0.5倍。
　　(2)進(jìn)行了整體涂層拉伸破壞試驗和斷口掃描電鏡觀察(SEM)，并結(jié)合單軸拉伸試驗的結(jié)果，描述了聚脲彈性體材料的拉伸破壞特征。試驗表明，聚脲彈

3、性體材料具有典型的超彈性材料的韌性破壞特征，斷裂后永久變形不超過0.4，整體聚脲涂層的拉伸破壞以出現(xiàn)針眼狀孔為標(biāo)志，隨后孔擴(kuò)展并連接，最終導(dǎo)致涂層撕裂。
　　(3)自主設(shè)計并制作了涂層耐高水壓擊穿試驗裝置。該裝置的靈活性和通用性高，能快速更換試件來模擬不同程度的裂縫開裂，可觀測性、安全性好，能實現(xiàn)精確加載;適用于各種涂層材料的耐水壓擊穿測試。通過該裝置對不同厚度的聚脲涂層在背面裂縫開裂情況下的耐擊穿性能進(jìn)行了試驗測試，試驗結(jié)果表明

4、，聚脲涂層的耐擊穿性能跟涂層厚度和底部裂縫寬度相關(guān)，厚度為2 mm、4 mm的聚脲涂層即可滿足2 mm、5 mm的裂縫在300 m水頭水壓力作用下的抗?jié)B要求。
　　(4)采用Ogden本構(gòu)公式對試驗所得應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)行擬合表征，以此為基礎(chǔ)，通過ABAQUS有限元軟件中的Ogden本構(gòu)模型和4結(jié)點雙線性平面應(yīng)變四邊形單元CPE4RH，對聚脲涂層的耐擊穿行為進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果分析表明，在涂層厚度h相同的情況下，荷載作用下的中點豎向位

5、移Umax與裂縫的寬度d呈線性遞增關(guān)系，而在同自由段寬度d的相同的情況下，荷載作用下中點豎向位移Umax均隨涂層厚度的增大而減小，若假設(shè)兩者之間為線性關(guān)系，則遞減斜率K隨著寬度d的增大而增大;直接以h/d即厚寬比作為聚脲噴涂厚度控制量是不可取的，但h=2 mm和4 mm兩種厚度下Umax與h/d的變化趨勢相似;分析了最大3 MPa荷載下的應(yīng)變和應(yīng)力分量的分布，分析表明，涂層變形的外側(cè)區(qū)域局部應(yīng)力可達(dá)11 MPa，屬于易破壞區(qū)域。