HDPE土工膜缺陷滲漏問(wèn)題若干研究
埋設(shè)在土石壩中的土工膜的缺陷滲漏量與缺陷類型和大小、下墊層的滲透性及接觸條件密切相關(guān)。若土工膜缺陷孔洞兩側(cè)均無(wú)滲流限制,缺陷滲流可視為自由出流,滲漏量可按公式計(jì)算。實(shí)際工程中可視為無(wú)限制出流的情況很少。通過(guò)試驗(yàn)研究認(rèn)為,如果下墊層的滲透系數(shù)大于10-1cm/s,則缺陷處的滲漏仍可認(rèn)為是無(wú)限制自由出流。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)得出當(dāng)下墊層的滲透系數(shù)大于104~105倍土工膜滲透系數(shù)時(shí),下墊層對(duì)土工膜缺陷滲流的影響可以忽略,此時(shí)的缺陷滲漏量仍可按公式計(jì)算。
在土工膜防滲工程中,土工膜一旦有了缺陷,其凸顯的危害是缺陷滲漏問(wèn)題。我國(guó)于20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始土工膜的防滲應(yīng)用,當(dāng)時(shí)主要用于渠道、堤防等低水頭水利工程,工程設(shè)計(jì)主要依靠主觀認(rèn)識(shí)和國(guó)外的實(shí)例經(jīng)驗(yàn)。雖然人們?cè)缫炎⒁獾酵凉つさ娜毕轁B漏問(wèn)題,但由于其問(wèn)題的復(fù)雜性,幾乎沒(méi)有相關(guān)研究一般認(rèn)為,對(duì)于因產(chǎn)品質(zhì)量不均一性導(dǎo)致的土工膜細(xì)觀缺陷,因其孔徑明顯小于土工膜厚度,滲漏量可由公式計(jì)算。由于這類缺陷滲漏量是非 常微小的,因此不會(huì)對(duì)土石壩安全造成影響,設(shè)計(jì)時(shí)不需要考慮。因產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行等原因?qū)е碌耐凉つさ母黝惡暧^缺陷形狀比較隨機(jī),除了明顯的縫狀缺陷外,缺陷尺寸一般可用面積等效的圓形缺陷的孔徑來(lái)表征,稱為等效孔徑。由于絕大多數(shù)土工膜宏觀缺陷的等效孔徑明顯大于土工膜厚度,因此其滲漏情況需引起重視。
目前,因暫時(shí)無(wú)法徹底認(rèn)識(shí)和解決土工膜缺陷滲漏問(wèn)題,土工膜防滲設(shè)計(jì)時(shí)傾向于土工膜的下墊層設(shè)計(jì)可能需要參照面板堆石壩的墊層設(shè)計(jì)思想,要求墊層起到輔助防滲(限滲)的作用,與土工膜共同形成所謂的復(fù)合防滲層。這種復(fù)合防滲層在水壓力的作用下,一方面在土工膜與下墊層之間形成接觸滲流,另一方面,滲透水流向下墊層擴(kuò)散。對(duì)于后者,定律在流線簡(jiǎn)化假設(shè)的基礎(chǔ)上給出了復(fù)合防滲層滲漏的解析解土工膜缺陷相關(guān)的滲漏量計(jì)算、滲漏液遷移及工程設(shè)計(jì)等問(wèn)題進(jìn)行了大量研究,尤其對(duì)于滲漏量的計(jì)算,通過(guò)理論分析和一些近似處理推導(dǎo)了土工膜與下墊層接觸良好和接觸不良時(shí)缺陷滲漏量的簡(jiǎn)化半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。這些研究大多針對(duì)低水頭情況,如垃圾填埋場(chǎng)滲漏液?jiǎn)栴}。計(jì)算表明,上述幾種方法計(jì)算得到的滲漏量差異很大,尤其單膜的滲漏量遠(yuǎn)大于復(fù)合防滲層的滲漏值。
美國(guó)奧斯汀大學(xué)進(jìn)行了水頭從0.3~60m的大跨度土工膜缺陷滲漏試驗(yàn),期望將研究成果用于大壩等高水頭防滲工程中。試驗(yàn)表明,隨著水頭增大,滲漏量增大;膜與墊層的接觸性質(zhì)對(duì)滲漏結(jié)果影響很大。高水頭下膜與土的接觸性質(zhì)會(huì)有所改善,但土體承受的水力梯度也會(huì)增大。由于試驗(yàn)儀器直徑只有15cm,墊層模擬厚度只有20cm,因此儀器對(duì)試驗(yàn)成果產(chǎn)生了明顯的邊界干擾效應(yīng),研究成果是否可用于高水頭防滲工程值得商榷。對(duì)在含圓形缺陷的土工膜下增設(shè)1層土工織物進(jìn)行了缺陷滲漏試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬,指出土工織物改變了原先膜與下墊層土體的接觸條件,影響了膜土之間的接觸滲漏。進(jìn)行了3個(gè)不同尺度的土工膜缺陷滲漏試驗(yàn)。
研究表明,隨著水頭的增加,缺陷滲流量增大。膜上施加的法向荷載(非水壓力)能較明顯地限制土工膜的缺陷滲漏。與大、中尺度的試驗(yàn)相比,小尺度試驗(yàn)測(cè)得的滲漏量偏大,可以作為現(xiàn)場(chǎng)類似情況的上限值。對(duì)土工膜含有2個(gè)相鄰的正方形缺陷孔時(shí)膜下復(fù)合墊層的滲流行為進(jìn)行數(shù)值分析,從缺陷的間距、施加的水頭、缺陷尺寸及膜土接觸特性等方面對(duì)結(jié)果進(jìn)行敏感性分析,并與相同面積的單個(gè)缺陷孔的結(jié)果進(jìn)行比較。研究表明,雙缺陷孔的交叉效應(yīng)并未明顯減小滲漏量,缺陷下的滲漏區(qū)域近似呈“8”字形或橢圓形,雙缺陷時(shí)的滲漏量和膜下滲流區(qū)域與單個(gè)等面積缺陷時(shí)的結(jié)果差異隨著2個(gè)缺陷的間距增大而增大。
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在土工膜防滲工程中,土工膜一旦有了缺陷,其凸顯的危害是缺陷滲漏問(wèn)題。我國(guó)于20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始土工膜的防滲應(yīng)用,當(dāng)時(shí)主要用于渠道、堤防等低水頭水利工程,工程設(shè)計(jì)主要依靠主觀認(rèn)識(shí)和國(guó)外的實(shí)例經(jīng)驗(yàn)。雖然人們?cè)缫炎⒁獾酵凉つさ娜毕轁B漏問(wèn)題,但由于其問(wèn)題的復(fù)雜性,幾乎沒(méi)有相關(guān)研究一般認(rèn)為,對(duì)于因產(chǎn)品質(zhì)量不均一性導(dǎo)致的土工膜細(xì)觀缺陷,因其孔徑明顯小于土工膜厚度,滲漏量可由公式計(jì)算。由于這類缺陷滲漏量是非 常微小的,因此不會(huì)對(duì)土石壩安全造成影響,設(shè)計(jì)時(shí)不需要考慮。因產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行等原因?qū)е碌耐凉つさ母黝惡暧^缺陷形狀比較隨機(jī),除了明顯的縫狀缺陷外,缺陷尺寸一般可用面積等效的圓形缺陷的孔徑來(lái)表征,稱為等效孔徑。由于絕大多數(shù)土工膜宏觀缺陷的等效孔徑明顯大于土工膜厚度,因此其滲漏情況需引起重視。

目前,因暫時(shí)無(wú)法徹底認(rèn)識(shí)和解決土工膜缺陷滲漏問(wèn)題,土工膜防滲設(shè)計(jì)時(shí)傾向于土工膜的下墊層設(shè)計(jì)可能需要參照面板堆石壩的墊層設(shè)計(jì)思想,要求墊層起到輔助防滲(限滲)的作用,與土工膜共同形成所謂的復(fù)合防滲層。這種復(fù)合防滲層在水壓力的作用下,一方面在土工膜與下墊層之間形成接觸滲流,另一方面,滲透水流向下墊層擴(kuò)散。對(duì)于后者,定律在流線簡(jiǎn)化假設(shè)的基礎(chǔ)上給出了復(fù)合防滲層滲漏的解析解土工膜缺陷相關(guān)的滲漏量計(jì)算、滲漏液遷移及工程設(shè)計(jì)等問(wèn)題進(jìn)行了大量研究,尤其對(duì)于滲漏量的計(jì)算,通過(guò)理論分析和一些近似處理推導(dǎo)了土工膜與下墊層接觸良好和接觸不良時(shí)缺陷滲漏量的簡(jiǎn)化半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。這些研究大多針對(duì)低水頭情況,如垃圾填埋場(chǎng)滲漏液?jiǎn)栴}。計(jì)算表明,上述幾種方法計(jì)算得到的滲漏量差異很大,尤其單膜的滲漏量遠(yuǎn)大于復(fù)合防滲層的滲漏值。
美國(guó)奧斯汀大學(xué)進(jìn)行了水頭從0.3~60m的大跨度土工膜缺陷滲漏試驗(yàn),期望將研究成果用于大壩等高水頭防滲工程中。試驗(yàn)表明,隨著水頭增大,滲漏量增大;膜與墊層的接觸性質(zhì)對(duì)滲漏結(jié)果影響很大。高水頭下膜與土的接觸性質(zhì)會(huì)有所改善,但土體承受的水力梯度也會(huì)增大。由于試驗(yàn)儀器直徑只有15cm,墊層模擬厚度只有20cm,因此儀器對(duì)試驗(yàn)成果產(chǎn)生了明顯的邊界干擾效應(yīng),研究成果是否可用于高水頭防滲工程值得商榷。對(duì)在含圓形缺陷的土工膜下增設(shè)1層土工織物進(jìn)行了缺陷滲漏試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬,指出土工織物改變了原先膜與下墊層土體的接觸條件,影響了膜土之間的接觸滲漏。進(jìn)行了3個(gè)不同尺度的土工膜缺陷滲漏試驗(yàn)。

研究表明,隨著水頭的增加,缺陷滲流量增大。膜上施加的法向荷載(非水壓力)能較明顯地限制土工膜的缺陷滲漏。與大、中尺度的試驗(yàn)相比,小尺度試驗(yàn)測(cè)得的滲漏量偏大,可以作為現(xiàn)場(chǎng)類似情況的上限值。對(duì)土工膜含有2個(gè)相鄰的正方形缺陷孔時(shí)膜下復(fù)合墊層的滲流行為進(jìn)行數(shù)值分析,從缺陷的間距、施加的水頭、缺陷尺寸及膜土接觸特性等方面對(duì)結(jié)果進(jìn)行敏感性分析,并與相同面積的單個(gè)缺陷孔的結(jié)果進(jìn)行比較。研究表明,雙缺陷孔的交叉效應(yīng)并未明顯減小滲漏量,缺陷下的滲漏區(qū)域近似呈“8”字形或橢圓形,雙缺陷時(shí)的滲漏量和膜下滲流區(qū)域與單個(gè)等面積缺陷時(shí)的結(jié)果差異隨著2個(gè)缺陷的間距增大而增大。
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