（水利工程专业论文）土工膜用于喀斯特库区防渗应用研究.pdf

四删厶望! ：摧亟上皇些：茎位迨塞 土工膜用于喀斯特库区防渗应用研究 水利工程领域 研究生陈维国指导教师何昌荣保华富 喀斯特岩溶地区水利工程渗漏是普遍存在的问题。喀斯特地区 粘性土稀缺。混凝土铺盖防渗造价高，适应变形差，土工膜抗渗性 好，伸跃性强，施工方便造价低。近年来在越来越多的水利工程 中得到广泛采用，但在喀斯特岩溶库区，应用较少。 云南省罗平县大麦圈水库补漏加固工程，首先比选出土工膜的型号 和规格，进行常规物理化学性能试验，通过大型水压击穿、垫层、过渡 层与士工膜整体抗渗。以及大型眶缩等试验进步验证了所选材料的合 理性。挚层料要求颗粒绂配良好，过渡层土料要求细粒含量较高的粘性 土。施工过程中铺设方式、搭接工艺。库区落洞、软弱地基处理排水 网的布置、土工膜与其它构筑物的连接等问题也进行了试验研究，通过 工程实际应用验证了本课题研究成果的科学合理性。 土工膜在喀斯特岩溶地区水利工程防渗补漏试验研究及成功应用 为类似工程积累了经验，大中型水利工程的防渗问题电可以此借鉴。 关键词：喀斯特库区防渗土j e 膜 程特性试验施工工艺 必必厶生1 攫亟f 二兰些堂位途塞 t h ea p p l i c a t i o na n ds t u d yo na n t i - s e e p a g eo f g e o m e m b r a n ew h e ni ti su s e di nk a r s tr e s e r v o i r r e g i o n m a j o r ：h y d r a u l i ce n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e ：c h e nw e i g u o t u t o r ：h ec h a n g r o n g 、b a o h u n f u t h eg e o m e m b r a n eh a sg o o dc a p a b i l i t yf o ra n t i s e e p a g ea n da d j u s t i n gt ot h e f o u n d a t i o nt r a n s f o r m ，w h a t sm o r ei ti sc h e e pa n dc o n v e n i e n tf o ra p p l i c a t i o n ，s oi t h a sb e e nu s e dm o r ea n dm o r ei nt h eh y d r a u l i ce n g i n e e r i n g b u ti ta l s oh a ss o m e n a t u r e st h a ta r eh a r m f u lt ot h ep r o j e c t s t h e s ei i ln a t u r e sh i n d e rt h ea p p l i c a t i o no f g e o m e m b r a n e ，e s p e c i a l l yi nk a r s tr e g i o n b e c a u s eo ft h es p e c i a lg e o l o g i cs t r u c t u r e o fk a r s tr e g i o n ，c o n v e n t i o n a lt r e a t m e n tf o rt h es e e p a g ei se x p e n s i v ea n dt h er e s u l t i sn o tp e r f e c t - s oi ti sn e c e s s a r yt or e s e a r c ht h ea p p l i c a t i o no fg e o m e m b r a n ei n k a r s tr e g i o n t or e s e a r c han e wm e t h o dt oc u t et h er e s e r v o i rs e e p a g ei nk a r s tr e g i o n ， a c c o r d i n gt o “t h er e s e a r c ho fr e s e r v o i ra n t i s e e p a g em e t h o di nk a r s tr e g i o n ， w h i c hw a su n d e r t o o kb yn a t i o n a lp o w e rc o m p a n y sk u n m i n gi n v e s t i g a t i o n d e s i g na n dr e s e a r c hi n s t i t u t e ，a n dt h el e a k a g em e n d i n ga n dr e i n f o r c e m e n tp r o j e c t o f d a m a i t i a nr e s e r v o i ri nl u o p i n gc o u n t yo fy u n n a np r o v i n c e ，t h i sp a p e rp r e s e n t s t h en e wm e t h o do fu s i n gg e o m e m b r a n et oc u r et h er e s e r v o i rs e e p a g ei nk a r s t 酉蛐厶兰：! ：醚亟! ：童些鲎j 立迨童 1 e g l o r i b ys y s t e mt e s ts t u d ya n de n g i n e e r i n gp r a c t i c ef r o m2 0 0 0t o2 0 0 3 ，t h em o d e l n u m b e ra n ds p e c i f i c a t i o no ft h eg e o m e m b r a n eh a sb e e ns e l e c t e d a n d t h e r a t i o n a l i t yw a sp r o v e df u r t h e rb yas e r i e so ft e s t s t oe n s u r et h er e l i a b i l i t yo ft h e g e o m e m b r a n e ，t h eg r a d u a t i o no ft h eb e d d i n gc u s h i o nm a t e r i a la n db u f f e r i s d e t e r m i n e d a n dm e a n t i m e ，b yc o n s t r u c ta n a l o ge x p e r i m e n t ，s o m et e c h n i c a l m a t t e r sw e r es o l v e d b e c a u s eo fs u p e r i o r i t yo ft h ea n t i s e e p a g e ，c o n s t r u c t i o na n di n v e s t ，t h e a p p l i c a t i o no ft h eg e o m e m b r a n ew i l lb e c o m eag o o dm e t h o dt oc u r et h el e a k a g eo f t h es i m i l a rp r o j e c t i ta l s oh a st h ev a l u eo fp o p u l a r i z ei nl a r g e s i z e dp r o j e c t s k e y w o r d ：d am a i t i a n r e s e r v o i ea n t i s e e p a g eo fr e s e r v o i ri nk a r s tr e g i o n g e o m e m b r a n ep r o j e c tp r o p e r t i e s m o d e l i n gr e a l i t yt e s t 四刖厶芏! ：l ! 亟堂位论塞 第一章概述 1 1 课题研究内容和达到的目的 纵观目前国内外土工膜应用研究发展状况【卜6 1 ，土工膜无论是在工程应 用，还是在基础研究方面都取得了可喜成绩，但大多集中在工程实例的报导和 基本常规特性试验研究方面，在应用房面主要集中于土石坝、碾压混凝土坝、 渠道、池塘、库区、隧道的防渗及垃圾、有害废物的处理。而应用于岩溶库区 防渗虽有不少实例，比如我省岩溶地形十分发育，近年来先后有一些兴建和补 漏加固工程使用了土工膜防渗，但山于这种新技术使用时问不长，积累的经验 十分有限，目前仍存在许多问题急待解决，如岩溶库区地基沉降差异较大而带 来的土工膜受力变形与渗透的关系问题，接缝浸水条件下受力是否会被拉丌的 问题，大面积铺盖土工膜的损伤问题，特殊地质条件( 如落洞等) 及边界条件 的处理问题，合理的挚层、过渡层选择问题、排水排气设计问题，以及岩溶的 后续发展带来的一系列不良后果问题等。鉴于上述原因。本课题结合国家电力 公司昆明勘测设计院水科所的“喀斯特库区防渗的研究”专题，提出一种科 学、可行和经济的喀斯特岩溶库区防渗处鲤方法，根据大麦刚水库岩溶库区地 质构造特点和土工膜目目口应用研究发展状况，主要集中探讨以下问题： 1 ) 适合大麦田水库工程防渗要求的膜材料、型号优化及物理力学特性的 研究。 2 )膜的搭接和锚固方法的研究。 3 ) 挚层、过渡层及保护层材料的优选发施工中的有关问题探讨。 4 ) 土工膜现场施工工艺的综合研究及工程应用防渗效果评价。 通过上述内容的研究，主要达到以下目标： 1 ) 解决罗平县大麦嗣水库因严重渗漏而无法蓄水的问题： 2 ) 解决富乐镇所在地1 5 0 0 0 余人的人蓄饮水、该镇铅锌矿厂的工业用水 及6 0 0 0 多亩农罔灌溉问题。 3 ) 在前人已有的研究基础上力争对士工膜有关工程特性研究有新发 展，并为今后类似工程防渗处理提供有益的经验和指导。 四刖厶生! ：摧殛堂位论窑 1 2 工程概况 大麦田水库位于罗平县境内的南盘江支流的块泽河上游，距罗平县城1 0 0 公里，距富乐镇3 公里。该水库始建于1 9 5 8 年，坝高1 1 2 5 米，坝顶长1 1 2 米，为一风化料均质坝。水库最高蓄水深l o 米，设计库容2 6 0 2 万立方米。 由于水库建在典型的石灰岩岩溶发育区，多年来发现大小落洞多处，库区漏水 较严重，虽经多次处理，因难度太大，都未能成功。故自建库以来，历年都是 干库，不能蓄水，4 0 多年来未发挥应有的作用。 为了解决富乐镇所在地1 5 0 0 0 余人的人蓄饮水、该镇铅锌矿的工业用水及 6 0 0 0 多亩农田灌溉问题，进一步发展地方经济，决定对该水库的渗漏进行彻 底治理。 。 1 3 水库渗漏原因分析及处理方案选择 大麦田水库地处块泽河右岸的山f 8 j 谷地中，坝址高程1 9 3 3 7 米水库所 在地地形呈西南高东北低，三面环山。通过有关地质勘察得出：库区咒灰 岩体是主要漏水源，主要分布于坝体附近及库区；库区有f 2 、f 3 、f 4 三条主 断层通过其中f 3 、f 4 断层漏水量较大；其次，由于坝基当初施工时未做彻 底清基处理，加之坝体内含大量碎石，坝土松散，因此坝基、坝体办存在一定 程度漏水。其工程地质具有以下特点： 1 )落差大库区出现落洞位置与附近块泽河畔泉水相通，高差约3 0 0 米，无地下分水岭，这说明库区漏水带深及岩溶、地下水侵蚀能力 强。 2 ) 溶性岩层分布面积大库区漏水面积占总蓄水面积的4 4 ，库区出现 漏水洞8 个，分稚于水库左右两岸和坝前。 3 )漏水边界长以岩层结构、落洞位置及地下水流向等综合分析，认为 漏水量最终是排往块泽河方向，其漏水边界长约8 0 0 米。 4 ) 漏水量较大据观测数据分析，库区漏水量随库水位升高而增大，当 库水位达1 9 4 2 米高程时，库区漏水量4 4 9 2 8 m 3 d 。 按库区漏水情况，可把库区翅j 分为不漏水区( 库尾) 、漏水区( 中部及 库前) 及较严重漏水区( 库前及顺流右岸) 几个部分。出于大麦用水库具有上 2 四刖厶堂! ：摧墅堂垃诠塞 述工程地质特点，加之经费有限，因此本着首先集中处理大部分较严重漏水 区通过f 常蓄水检验后，对新暴露的问题再逐年进行处理，逐步达到水库补 漏的目的。 通过多方案综合比较分析，并吸收大麦刚水库、湾子水库过去的补漏经 验【7 8 】认为对较严重岩溶漏水库区采用传统的粘土、砼防渗铺盖不仅工程量 大，且铺盖不适应地基的不均匀沉陷，易，n 生裂缝和边界连接易渗漏等缺点； 而土工膜抗渗性好适应变形能力强，施工简便，是一种比较有发展前途的防 渗处理方法。因此，“上工膜全铺”方案，既是最节约投资的方案，也是实现 库区补漏最有保证的方案。为此，结合国家电力公司昆明勘测设计院水科所的 “喀斯特库区防渗研究”课题。对各种土工合成材料进行深入细致的试验研 究，从而确定科学、可行和经济的处理方案。 第二章土工膜防渗结构中土料、膜料物理力学特性研究 2 1 现场土料的有关物理力学特生 为供设计和施工提供合理的帮层、过渡层及保护层材料选择提供依据，以 及下一步的试验研究提供土料指标控制，酋先对取自大麦 h 水库现场的几种土 料进行了有关物理力学性能的试验研究土料的各项试验均严格按有关规程规 范执行【9 】【们，成果见表1 皮图l 图4 。 表中y 卜y 6 挚层料为狄岩经机械破礤料，碎石颗粒新鲜峰硬，呈弱x l 化 状，其中y l 、y 2 为级配良好砾其余挚层料为级配不良砾：l4 、2 “料为高塑 性粘土， 6 0 ) 而基本不含 5 m m 砾石，做为 土工膜水平铺盖的上、下过渡层土料及边界结合槽回填土较为适宜，但其储量 有限；3 4 料为粘土质砾，天然含砾量平均为4 4 2 ， 0 15 m m p e 膜组合，即两布一膜组合进行库 区水平防渗铺盖，已能满足工程需要。 童 盘 弓 蜊 疆 壬 翟 瓜 f _+ o 1 5 1 m p e 膜 篱 - 一一日一2 d o g 无纺布双磋 - - - x - - - 2 0 0 9 o 1 5 1 f i 2 0 0 9 组台膜 + 1 5 0 9 o 2 n n 1 5 0 9 复合膜 ( 一r 幡r 卜 、 1 一 丁 j r r r 2 。3 膜的耐久性研究 为检验所选材料的抗酸碱腐蚀能力及抗自然老化能力，选择 2 0 0 9 o 1 5 m t r d 2 0 0 9 组合膜及0 2 m m 、0 3 m m 几种规格膜材料进行了耐酸碱腐 蚀及耐老化试验。表3 为几种材料在浓度为2 5 的工业硫酸及浓度为1 5 的 7 隆l 苫山拙耐二剐- 一| | | | | | 四刖丕堂! ：理亟堂僮途塞 n a o h 溶液中浸泡7 2 小时后的条带抗拉试验成果。由表可见如排除试验取 样的随机性及材料本身的不均匀性影响，则几种材料在两种化学溶液中浸泡 7 2 小时后，其强度、伸长率不下降，说明所选材料的抗酸碱腐蚀能力良好。 至于更长时间腐蚀结果如何，有待进一步研究。但据大量已有研究成果和工程 实践证明【2 4 啪i ，p e 膜具有良好的抗腐蚀能力。大麦田水库水质经有关部门检 验，符合国家饮用水标准因而亦不存在对土工膜的有害腐蚀作用。 表3大麦田水库供选用的各种材料抗化学腐蚀检测成果 材料名化学物腐蚀前纵向抗 腐蚀前纵腐蚀后纵向腐蚀后纵 向伸长率抗拉强度向伸长率 称、规格质名称拉强度n 5 c m n ，5 c m 2 0 0 9 0 ，1 52 5 j 5 业硫酸 6 2 79 0 m m 2 0 0 9 组合 1 5 n a o h6 2 57 8 膜 溶液 6 3 88 4 0 2 r a m 聚2 5 i 业硫酸1 7 3 5 0 0 乙烯( p e ) 1 5 n a o h 1 6 9 5 0 0 膜 溶液 1 7 5 5 0 0 0 3 m m 聚2 5 7 - 业硫酸 2 6 0 5 0 0 乙烯( p e ) 1 5 n a o h 2 5 7 5 0 0 膜溶液 2 7 l 5 0 0 抗腐蚀状 强度、伸k 率不下降 况评价 备注各种合成材料在两种化学溶液中的浸泡时间均为7 2 小时 四埘厶堂1 ：理亟鲎位迨塞 表4 大麦田水库供选用的各种材料自然老化试验成果( 纵向) 母材老化后抗拉老化后伸殴强度保持率伸蚝率保持 材料名称、规 抗拉 母材强度n 5 c m率 率 强度 伸l 丈埋土暴露蹦十暴露埋士暴露 埋七 格 暴露大 n 1 5 c率浸水火气浸水 人气浸水人气 浸水 气老化 老化老化 老化 老化 老化老化老化 云南塑料厂 d i5 m m p e 膜 1 2 65 7 41 3 01 1 0 45 6 03 5 331 0 3 2 8 7 6 9 7 6 6 1 6 黑色) 中国核j ：业湖 南无纺布厂 1 6 9 5 0 01 7 l1 4 1 45 8 75 2 6 71 0 1 28 3 7 0 2 m m p e 膜 ( 白色透明) 中国核j ：业湖 南无纺布厂 2 5 7 5 0 02 5 92 0 785 1 04 4 3 61 0 0 88 0 9 o 3 m m p e 膜 ( 白色透明) 抗老化情况评三种不同规格材料z( i i 王【f ! 十后置丁火气中，其抗老化性能良好，而直 价拨暴露于人气中时，抗老化性能将严重降低。 i 三种规格材料自然暴霸时问3 6 0 小时，其问经过风吹、日晒、雨 淋，气温约在1 2 2 6 间变化。 器注2 水下埋t 老化时间与臼然暴露时间相同，水f 埋十是将膜置于桶 底，上面覆盖2 0 c m 厚粘_ ：桶中水亿高r 十面1 0 c m ，最后将水捅 置于室外自然老化。 表4 为云南塑料厂及中国核工业湖南无纺，n ，厂几种不同规格膜料的自然老 化试验结果，其中自然暴露老化与埋土浸水老化均在同一时段、同一地点内进 行，其问均经过风吹、日晒、雨淋，该时段气温变化较大，在1 2 - 2 6 之 州。但自然暴露老化是将材料直接与大气接触。研究成果表明：三种规格材料 水下埋土后由于膜不直接受太阳紫外线照射，故老化后抗拉强度不下降并略 有提高，而伸长率则略有下降，三种材料强度保持率在1 0 0 8 1 0 3 2 之间， 云南塑料厂0 1 5 m m p e 膜伸长率保持率较高为9 7 6 ，中国核工业湖南无纺布 厂两种规格膜料老化后的伸长率仍较大，均大于5 0 0 ：而当直接暴露于大气 中时，三种舰格膜料强度保持率在8 0 8 7 6 之阃，云南塑料厂0 1 5 m m p e 膜伸长率保持率为6 1 6 。上述试验成果表明：p e 膜如埋于适当厚度土体 中，其抗老化性能良好，而直接暴露1 ：火气e f , 时，由于受阳光紫外线照射，其 口 四刖厶：! i 兰! ：型亟堂位途塞 上述试验成果表明：p e 膜如埋于适当厚度土体中。其抗老化性能良好， 国内外试验表明数年后其强度均基本保持不变，但若将其直接暴露于大气中 时由于受阳光紫外线照射，其老化速度明显加快，掘实验直接暴露于阳光下 的土工膜2 3 月强度消失殆尽。这一结论从有关研究成果办得到了证实 1 2 6 - 2 7 1 。因此在设计和施工时，应保证土工膜有一定保护层厚度，尽量避免紫 外线直接照射，以防膜材料的老化而导致其工程特性的恶化。 2 4 土工布、膜的摩擦特性研究 为了解所选各类规格御、膜的摩擦特性，供设计进行各类边坡的稳定分 析。我们在室内进行了几种不同规格柿、膜的直剪界面摩擦特性研究。试验 时，各类型土料均按表1 中的最大下密度与最优含水量制样，土工布与土工膜 固定于剪力仪下盒上，上盒装填十料进行非饱和固结快剪试验：试验仪器尺 寸为：对于l4 粘、4 ”机制砂的自身摩擦试验及与各类布膜摩擦试验，均采用 试样直径6 1 8 c m 电动直剪仪完成：对于3 4 风化料，采用试样直径3 l c m 的大 型直剪仪完成，成果见表5 所示。 从成果可得出：( 1 ) 所选几种t - 料自身的粘聚力均较大在5 0 l l o k p a 之问，摩擦角在1 6 7 。一o 8 0 之间，1 ”粘土强度较低，4 。机制砂最大；( 2 ) 所有 布、膜与土料之间的摩擦总强度均低f - , f h 应士料自身强度值，相比之下，4 ”机 制砂强度降低最为明显：( 3 ) 各类布、膜材料与二i 二料、混凝土块之削的摩擦强 度单一膜料最小，复合膜料最大，单一布料居中。云南a 厂0 1 5 m m p e 与 混凝土块之阳j 的c 值为7 0 k p a ，( p 值为1 1 3 0 ；而与湖南a 厂2 0 0 9 m 2 土工布 之间的c 值为0 ，币值为9 9 0 ；( 4 ) 如采用本文建议的组合膜进行水库防渗处 理，布与膜之i 且j 往往是最易滑动的软弱瓤，因此。除做好稳定计算分析外，建 议对边坡较陡部位，设计和施工时必须认真采取有效抗滑措施；f 5 ) 由于土工 布、膜与各类土料的直剪界面强度影口阳因素较多，如布、膜类型、厚度、土料 级配、初始含水量、干密度、仪器尺寸等但本试验成果的数值范围、变化规 律与其它研究成果较为一致【2 8 书l 。 0 四刖厶堂l ：拦亟堂位逾塞 表5 土工布、膜及复合膜与土、砂、混凝土块之间的摩擦特性试验成果 14 粘十3 4 风化料4 ”机制砂混凝士块 云南a 厂 材料 05 m m p e 膜 c f dcf m cf ( d cf 协 cf t p 士对士 1 0 0o 31 6 71 1 0) 4 2 52 3 o5 0) 8 6 34 0 8 中国 亥d k 湖南无l 旆 3 5d 4 2 52 3 06 5d 4 2 52 3 0z 5) 5 0 0z 6 64 5d 2 7 51 5 400 1 7 59 9 厂酬 长丝土e 疗i 中国核 j 业 湖蓖黼 2 0 0 9 0 2 m m 4 00 4 3 82 3 66 0d 4 1 32 2 j 4 0) 4 5 0z 4 23 50 5 0 82 6 9 z o o g 复合 膜 云南塑| 圹 0 1 5 m m p e 7 00 2 0 01 1 _ 3 膜 备注枯聚力c 的单位为k p a ，摩擦角单位为度( 。) 。 2 5 膜的大型水压击穿仿真试验 为论证所选膜料在各种不利情况下的抗水压击穿能力，在室内进行了土 工膜大型水压击穿仿真试验。试验仪器为高压渗变仪，试样简直径3 0 5 c m ， 垫层类材料置于下筒，土工膜( 或复合膜) 平铺于土料表面，并通过上下简之 间的止水垫卷压紧，膜上部的水压力通过气液交换的空压机系统施加，为便于 比较，还增做了湖南湘维塑料有限公司厂生产的较高规格复合膜 ( 3 0 0 e d o 8 m m 3 0 0 9 ) 的击穿试验。试验过程中逐级施加水压力并测读其渗透系 数，直至土工膜击穿为止，试验成果见表6 及图6 所示。从成果可看出： ( 1 ) 垫层料颗粒愈细，级配愈好，聚乙烯复合土工膜抵抗水压力击穿的 能力愈强：反之垫层料颗粒愈粗，级配不良，则复合土工膜易于被击穿。如 y 2 垫层料，尽管土颗粒较粗，但由于级配良好，故置于其上的组合式土工膜 ( 2 0 0 9 0 1 5 m m 2 0 0 9 ) 仍能承担1 6 0 m 水头；而当y i 、y 6 垫层表面加5 c m 厚 1 4 击实粘士后，复合膜击穿水头将大幅度提高。如组合式置于均匀堆石y l 垫层上时，击穿水头由不加粘土前的7 0 m 增加至2 2 0 m ：置于y 6 垫层上 四川厶堂上型亟堂僮途塞 时，击穿水头由不加前的2 1 0 m 增加至3 0 0 m 经久不破。因此，在实际 施工时，应选择良好级配垫层料，且在颦层料上一般需设置较细的过渡 层土料，以提高土工膜( 复合膜) 抗击穿的能力； ( 2 ) 单一膜在各种垫层料上承担的击穿水头较低，如o 15 m m p e 膜，在y 2 垫层上仅能承担4 m 的水头，在y 6 垫层上仅能承担6 m 的水 头，可见土工膜经复合后，其抗击穿能力大大提高： ( 3 ) 随土工布单位质量及土工膜厚度的增加，复合膜抗击穿水头亦 增加，但增大幅度并不十分明显，如组合式与复合式试验结果相差 不大： ( 4 ) 几种复合膜渗透系数随所施加的水压力增加而逐渐减小，至各 自的击穿水压力后，渗透系数随水压力进一步增加两迅速增大，垫层料 颗粒愈粗，愈尖锐，则复合膜破坏过程愈迅速；不同规格膜在不同垫层 料上的渗透系数随压力的变化，破坏前大多集中在i x l 0 j 。i 1 0 。2 c m l s 范围内，说明土工膜只要在其允许的抗顶破、抗刺穿应力范围内时，土 工膜的防渗性能不会受到影响，这一点与c b r 试验结果较为一致： ( 5 ) 复合膜击穿时，膜上下层布均已破坏，而由布与膜简单组合成 的复合膜，如2 0 0 9 0 1 5 m m 2 0 0 9 当击穿时，仅有下层布和中间膜发生破 坏，上层布仍基本完好，且组合膜破坏后的发展过程较其它两种复合膜 缓慢，这是由于组合膜当受到土颗粒顶破或刺穿时，局部产生应力集 中，由于布与膜互不制约，中间的膜会自由滑移，使局部应力集中部位 调整至应力较低状态。 基于上述原因，做为大麦用水库仅1 0 m 水深( 最大值) ，水平铺盖 防渗采用前面建议的组合式复合膜及规格是适宜的，并已有足够的安全 储备。但应特别注意边坡部位抗滑稳定措施。上述水压击穿研究成果的 变化规律与有关资料较为一致3 0 q ”，且与前面的有关研究成果较为吻 合。 2 ，j f l 窭 霪 导 翕 毫霉 蠹 焉 薹 蓍萋 一 一一 鍪 j 蓦 球 争 塞 8 宕品 糸 露 蜀 一一一 氢 * 釜 鸯 缮 酞 量 星 乌 苫 州 扣霎 錾 8是 鼠 r 景枣 抽 一一一 雾 鞠 i 垂兰毒 品 萋蓁 | n 一 焉 为 占 罱 盎 鲁 望鲞 i 一 ； 毫 一 高 一 曼娶 i8 矍 毒 l 莒 文 2 孚 考 交荟百 垂 薯一 骜 离 一 篓 l 兰篁 萎 l 出 l 卤 毒违 l 馨 三 l 誊 霉 r 弓 一g 吾 量 2 量 一 = 。 豁 2l 重 l 号 垂l$ ill ll 22 幽蝎 苫吾弓 弓 嘲 璺 ll 季g l 星 il 璧l * 辫 蠡l萤= 吾 连 苫l弓a n 兽 ll暑ll 望 垦 女誉 l 馨 l ! 弓 gl 建 耄 lll 一 暑 gl 鼍避 一 簧茸 | 喜 器 l l 蓦 l 卜 s两 是 1 1| 弓 女ll g 一 呐 一 苫垂 垂 一 萋墨 一 昌 擅 8承 一一一 一口一一o “ 鼎啦媾紫 ，登譬；譬皇 提 喏趟餐擎l协佃螺墨q露喽剥惮姐甘霉毯，据hh匿洚g旺蝌搭世*田州k 搽 四刖厶堂! ：摧亟堂焦逾窑 0 0 0 0 0l n 0 00 30 60 9i 215i 嚣 ( a ) 2 0 0 9 o ，1 5 r a m 0 0 30 60 91 21 5 2 12 42 733 3 垂直压力o ( 舻8 ) 2 0 0 9 1 82 12 42 73& 3 垂直压力a ( 肝a 啪 m 。 一1。i【b一_i一霜)i鞴瞒辫秘 0 一1u：o一i一。鲞舔蜗嘲秘 四删厶堂：程亟堂僮逢童 嚣 1 昌 r 2 x o 。 暨 裁 垛 蚪 逝 二1 r l 二一= ； 一 卜 一 _，斤_ | ! ! ；叁一豢i ，一、r 一f + 一一 ：i ，厂一了_ _ _ ：1 五_ r 一y 3 垫层 t * _ y 4 垫屠 囊i 黧i 蒸孽 卜y 5 垫层 - 一y 6 垫层 三一 j 、q 尹_ - 产一擎麓茎e _ 二少； j一! 二=卜 卜一寸。一 一；，； 00 30 60 9i 2l51 82 12 42 733 3 垂直压力口( m p a ) ( c ) 3 0 0 9 t o 8 m m 3 0 0 9 图6 十工膜在不同垫层料上的击穿试验 2 6 埋于土体中的土工膜受压变形后的损伤情况情况检验 为检验埋于士体中的复合膜受压变形时，是否会受到损伤，以及为选择合 适的过渡料，在室内进行了大型压缩试验。试验仪器采用高压大尺寸压缩仪， 试样简直径5 0 5 c m ，高2 4 c m ；试验时分两层制样，土工膜置于两层土之间， 所有试验均一次性快速加之最大垂直压力3 2 m p a 并测定稳定后的试样沉降 值。试后取出士工膜( 复合膜) 避行外观检查，并加傲大型渗透试验，以检验 和评价膜损伤情况。成果见表7 及图7 所示，表中的渗透系数均为0 1 m p a 水 压下的稳定值。 从试验成果可得出：2 0 0 9 o 15 m m 2 0 0 9 及2 0 0 9 o 2 m m 2 0 0 9 两种规格组合 膜置于3 4 风化料中或置于4 4 机制砂中加荷至3 2 m p a 时，土样己发生较大沉 降，单位沉降量在1 0 4 1 1 4 1 5 m m m ，取出土工膜肉眼观察，中间膜无任何孔 1 4 o 叭 阳 ， o m 四刖叁堂：! ：提亟堂鱼迨塞 洞和裂纹，两种规格膜稳定渗透系数均较小，在8 7 4 t 0 。- - 2 1 2 1 0 - ”c m j s 范围内，且渗透系数随加荷( 水压) 历时的增加而逐渐减小，说明两种规格组合 膜在3 4 、4 。土料中受高压变形时，土工膜均完好无损：而1 5 0 9 o 2 m n y l 5 0 9 复 合膜在上述两种材料中受压变形时，取出的土工膜损伤情况肉眼无法观察，但 通过渗透试验发现，随加荷历时的增加，土工膜渗透系数k 2 0 上下波动并略有 增大，渗透系数在1 8 l 1 0 - 1 01 9 6 1 0 0 0 c m s 之间，说明该规格土工膜已受 到轻度损伤：当将o 1 5 r a m 单一膜置于两层1 8 纯粘中加压变形时，发现膜面 上有许多细颗粒状压痕，但无明显孔洞和裂纹出现，稳定渗透系数k 2 0 为1 2 4 1 0 。1 0 c m s ，依此判断土工膜仍处于较轻度损伤状态。 根据上述试验成果可认为，为确保土工膜防渗完全，防止意外损伤，必须 采用土工布做为膜的上下保护层，且构成的组合膜或复合膜中土工布的规格不 宜低于2 0 0 9 m 2 考虑到现场大面积施工中机械、人员等各种不利因素的影 响，为安全有效地保护土工膜，施工时组合膜上下仍应采用适当厚度1 4 或2 4 纯粘土过渡为宜。 5 凹刖奎堂兰狸亟堂僮途塞 表7 不同布膜组合在不同过渡层土料中受压变形损伤情况试验成果 制样条件最大 单位 水压力为 材料 布膜垂向 沉降 0 1 m p a 下 膜损 名称 干密 含 加荷 目 的渗透系 伤情 规格 度p 压 压力 e 况评 位置 水 m m 数k 2 0 价 目 实 m ( c m s ) g e m 度 m p a 组合膜置于两 2 0 0 9 0 1 5 层3 4 风化料 1 8 91 2 83 21 4 1 5 3 6 6 1 0 1 2 膜处于无 m m 由 损伤状态 2 0 0 9 组 组合膜置于两 合p e 膜 层4 8 机制砂 1 9 0o3 21 0 9 5 8 7 4 x1 0 “ 膜处于无 中 损伤状态 l s o g o 2 m 组合膜置于两 m 层3 4 风化料 l 8 91 2 81o3 21 3 7 1 8 1 1 0 - 1 0 膜处于轻 1 5 0 9 复 度损伤 组合膜置于两 p e 膜 层4 8 机制砂 1 9 0o3 21 0 5 5 1 9 6 x1 0 。1 0 膜处于轻 由 度损伤 组合膜置于两 2 0 0 9 0 2 m 层3 ”风化料 1 8 91 2 83 21 3 8 4 5 ，6 5 l o 。1 2 膜处于羌 损伤状态 2 0 0 9 组 组合膜置于两 p e 膜 层4 4 机制砂 1 9 0o3 21 0 4 1 2 1 2 1 0 。1 2 膜处于无 损伤状态 中 o 1 5 m m p组合膜置于两 膜处于较 e 膜 层1 4 粘土中 l t 3 53 4 53 21 6 5 61 2 4 x1 0 1 0 轻度损伤 1 压缩试验均为非饱和状态： 2 垂直压力是一次性快速加之最大； 3 压缩试验完备，小心剥去上层土样，取出土工膜( 复合膜) 进行无位移渗 备注 透试验，渗透水压力均为0 1 m p a ； 4 表中渗透系数均未考虑膜厚度变化的影响，故实际渗透系数还会有所减 小。 岛 。u 7 宝 o 8 鼎 峨0 蚓 跫 00 l 1 0 o 1 一 一一 _ i ，- 遍哨j；+ r j _ | + 1 5 0 9 o ，2 m m 1 5 0 9 复台骥置于3 # 风化料中压缩l _ 1 + 1 5 0 9 o 2 m r e 1 5 0 9 复合膜置于4 # 机制砂中压缩广 o51 01 5 ( a ) 加荷受损检验 2 0 2 5 历时t ( 小时) 、 、- 奎吣 、十 - t l _ 20 0g 0 15 i l l m 200 9 组台膜 、 置于3 # 风化料中压缩 、 200g 0 15 m m 2 0 0 9 组合膜 。 置于4 # 机制砂中压缩 、 f o 15 m m 单一膜置于1 # 粘土 审陌缩 1 1 一 05l0 ( b ) 加荷受损检验 r i , 一 历时t ( 小时) 5 一jq；。i1)鲞赣礞彗f霉 001 飞k 令、 弋 一 l、- l _ 2 0 0 9 o 2 m m 2 0 0g 组合膜 置于3 # 风化斟中压缩 - _ 2 0 0 9 0 2 m 2 00 9 组合膜 置于4 # 机制砂中压缩 05l0 ( c ) 加荷受损检验 l52 0 历时t ( 小时) 图7 土工膜在不同过渡料中加荷至3 2 m pa 时受损检验( 渗透水压力0 1m pa ) “i o (s1口。【_【一s)l氟婚螋璐 四心盔堂兰提亟堂焦监塞 2 7 土工布、土工膜及复合土- r n 渗透特性的进一步研究 组合式或复合式土工膜中的土工布除具有明显保护土工膜作用外， 还具有良好的排水排气功能，以消除膜底部负压产生的对膜项破、抬起 而失稳等的不利影响；同时，铺设于岩溶库区的复合膜由于地基软硬差 异较大、岩溶落洞较多等特殊地质条件，必然承受较大的不均匀沉降。 因此正确评价和估计土工膜和土工布在各种复杂条件下的渗透特性至关 重要【3 2 q 3 1 。为此我们进行了土工布与土工膜在不同压力下的渗透试验及 土工膜受力张拉条件下的渗透试验，其中土工布有压渗透采用加压式垂 直管涌仪完成，试样直径1 0 1 c m ，土工膜有压渗透及张拉渗透是由自制 的能控制透水底板发生位移的专门试验装置，试样简直径3 0 5 c m ，试验 成果见表8 及图8 图1 9 所示。 分析土工布的试验成果可得出： ( 1 )三种规格土工布两方向渗透系数均随垂直于布平面的法向压 力增大而逐渐减小，但减小的梯度逐渐变缓，低压力阶段的法向压力变 化对渗透系数的影响最为明显，表现出压力对土工布厚度影响的一致变 化规律； ( 2 ) 压力对水平向渗透系数变化的影响程度明显小于垂直向，由 于上述原因，建议在进行土工布的排渗及地基反滤排水设计时，应予考 虑压力对渗透系数的影响； ( 3 ) 中国核工业湖南无纺布厂2 0 0 9 、3 0 0 9 长丝无纺布与湖南湘维 塑料有限公司3 0 0 9 短丝无纺布垂直向渗透系数均明显小于水平向渗透 系数值，约小两个数量级：在所试验的压力范围内，三种规格无纺布垂 直向渗透系数k 2 0 在i x1 0 i x1 0 - 4 c m s 范围内变化，变化梯度较大： 而水平向渗透系数k 2 0 在i 1 0 0 i x l o - i c m s 范围内变化，说明几种规 格土工布均具有较高平面导水性能： ( 4 ) 3 0 0 9 短丝无纺布的垂直向与水平向渗透系数与3 0 0 9 长丝无 纺布相比略大，说明短丝土工布的渗透特性较长丝土工布略差，但相差 较小。 分析土工膜的有关渗透试验可得出： 1 7 酉叫厶空瞄! 亟主堂位论塞 ( 1 ) 土工膜在无位移条件f 的渗透系数与压力的关系，表现出与土 工布类似特性，即随压力的增大，土工膜渗透系数亦逐渐减小，这种减 小的梯度在低压力阶段变化较大，当压力由o 增至2 m p a 时，渗透系数 约减小二个量缴： ( 2 )几种规格土工膜渗透系数均很小，随压力变化，大致在i x1 0 ”一i x l 0 “2 c m s 范围内，图中的渗透系数计算值均未考虑膜厚度随压力 变化的影响，故实际k 2 0 值还会有所减小； ( 3 )复合膜在张拉破坏前，其渗透系数随张拉位移( 底部透水板竖 向位移) 的增加亦逐渐减小，而并非增大，这可能是由于复合膜受张拉作 用时，厚度变小，密度增大所致：随张拉位移变化，在破坏前各种规格 土工膜渗透系数亦在i 1 0 “i l o o2 c m s 范围内，因此铺设于库区的 复合膜由于地基沉降而发生张拉位移时，只要在其允许变形范围内，膜 的防渗效果不会受到影响； ( 4 ) 从张拉破坏后的变化过程i + 看出，出命与膜简单组合成的复合 膜( 2 0 0 9 o