[发明专利]一种嵌固式自感知土工格栅结构及方法

说明书

本发明公开了一种嵌固式自感知土工格栅结构及方法，它解决了现有技术中存在重大工程伤亡事故的问题，具有能实现对加筋土体的在线动态监测与安全预警的有益效果，其方案如下：一种嵌固式自感知土工格栅结构，包括至少一列由添有导电填料的聚合物构成的第一肋和至少两排内部设有导线的热塑性聚合物片条构成的第二肋，第二肋与第一肋交错设置构成多排第二肋与至少一列第一肋的结构，且交错处采用锁扣连接，第二肋的导线与第一肋接触设置，与同一第一肋交错的其中两排第二肋的相应导线与电阻检测设备连接。

技术领域

本发明涉及土木工程领域，特别是涉及一种嵌固式自感知土工格栅结构及方法。

背景技术

近年来，随着我国水利和交通等基础设施的大规模建设，特别是随着交通路网向山区的延伸，高大加筋土结构(高度超过20m的高大挡墙和路基等)越来越多。在环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等灾害因素的耦合作用下，高大加筋土结构变形、开裂甚至垮塌等灾害时有发生，给人民生命财产带来重大损失。为了减少灾害的发生，在高大加筋土结构的设计中，工程技术人员往往采用土工格栅对土体进行加筋固结处理，但仍然无法避免一些重大工程伤亡事故的发生。为实现对高大加筋土结构的受力监控和过载保护，国内外学者研发了具有传感特性的土工格栅，可将其受力变化直接转化为电信号并进行输出。

然而，现有的传感型土工格栅往往以降低其自身的强度为代价，通过向聚乙烯中掺加大量炭黑而获得一定的导电性能，导致其抗拉强度低、韧性低、灵敏度低、且循环荷载下传感性能的可重复性较差，无法满足实际工程的需要。

因此，需要对一种嵌固式自感知土工格栅结构进行新的研究设计。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种嵌固式自感知土工格栅结构，该土工格栅与土体嵌固、咬合作用比较强，具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、较灵敏的自感知特性、较稳定的应变-电阻可重复性等优点，即可作为结构材料承载负荷，又可作为功能材料发挥作用，以便及时作出修复工作。

一种嵌固式自感知土工格栅结构的具体方案如下：

一种嵌固式自感知土工格栅结构，包括至少一列由添有导电填料的聚合物构成的第一肋和至少两排内部设有导线的热塑性聚合物片条构成的第二肋，第二肋与第一肋交错设置构成多排第二肋与至少一列第一肋的结构，且交错处采用锁扣连接，第二肋的导线与第一肋接触设置，与同一第一肋交错的其中两排第二肋的相应导线与电阻检测设备连接。

上述土工格栅结构中，第一肋作为感知土体结构变化的电器元件，第二肋作为采集电信号的电路元件，锁扣作为固结第一肋、第二肋的连接元件，通过采用聚合物片条，有效提高土工格栅的使用寿命，当土工格栅发生变形时，通过第一肋与第二肋连接处的测点检测第一肋的电阻变化，即可实现对全寿命周期内加筋土体的在线动态监测与安全预警。

进一步地，为了确保土工格栅中各拼接单元力学参数的一致性，所述第一肋材料包括短切碳纤维、碳纤维粉、超导电炭黑、石墨、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、三元聚乙丙橡胶(EPDM)、聚乙烯和聚丙烯。

进一步地，所述第二肋材料包括炭黑、聚乙烯、聚丙烯、三元聚乙丙橡胶；所述热塑性聚合物片条内刻有用于设置导线的开口槽。

进一步地，多排所述第二肋中的导线相异高度设置；

或者，第一肋纵向设置，第二肋横向设置，交错处第二肋设于第一肋表面。

进一步地，所述锁扣的材料包括炭黑、聚乙烯、聚丙烯和三元聚乙丙橡胶；第二肋、第一肋和锁扣中，均采用聚乙烯、聚丙烯为基体的双组份聚合物体系，并掺入设定量的增溶剂EPDM来提高两者的相容性；这样聚合物体系：一方面，具有优良的力学特性和耐久性，克服了聚乙烯强度低、聚丙烯耐老化性差的缺点；另一方面，应用于具有自感知特性的第一肋中，能够形成双渗流导电网络结构，可有效降低体系的渗滤阈值，达到降低电阻率的目的。