复合土工膜防渗技术.docx
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1、复合土工膜防渗技术1概述1.1复合土工膜的基本概念复合土工膜是以土工薄膜和土工织物在工厂通过挤压、滚压或喷涂等工艺制 成的整体结构,它兼有薄膜防渗和织物排水的功能,起着薄膜加垫层的作用,并 改善了薄膜的工程性能及简化施工程序,保证施工质量,是一种较为理想的防渗 材料。复合土工膜分为一布一膜和两布一膜、宽幅4-6m,重量为200-1500g/m2, 抗拉、抗撕裂、顶破等物理力学性能指标高,能满足水利、市政、建筑、交通、 地铁、隧道等土木工程需要。由于其选用高分子材料且生产工艺中添加了防老化 剂,故可在非常规温度环境中使用。1.2复合土工膜的基本特性(1)物理特性 单位面积质量单位面积质量也称基本
2、质量:以g/m2为单位,表示的是1m2土工织物的质 量,即为其基本质量。挑选产品时单位面积质量是必须考虑的技术和经济指标。 它是复合土工膜的一个重要指标。对于任何一种产品来说,土工膜的单价与单位 面积质量成正比,其力学强度随质量增大而提高。 厚度单位是mm,是表示承受在2kPa法向压力时,土织物的顶端和底端的间距。 复合土工膜规定2k Pa压力表示复合土工膜在自然状态无压条件下的厚度,厚 度随作用的法向压力而变。不同类型土工物的压缩量差别很大,因为在利用土织 物水利性的时候,首先要考虑覆压力对水力变化的影响其中针刺非织造土工织物 的压缩量最大。 孔隙率孔隙率定义为复合土工膜中包含的孔隙体积相比
3、于总的体积,用百分数表示。这个量是根据密度、厚度、单位面积质量来得出的,不能直接测得。计算公式如下:式中:np指孔隙率,%; p指原材料密度,M指单位面积质量,g/m2;。指 厚度,m。(2)力学特性 抗拉强度和延伸率抗拉强度也叫做条带法抗拉强度,是单向拉伸的。以kN/m为单位。复合土 工膜能承受的纵向和横向单位宽度的拉力即用纵向和横向的抗拉强度来表示。抗 拉强度是力学性能中的重要指标。对应强度的应变为复合土工膜的延伸率,用百 分数()表示。在各种功能的应用中对抗拉强度都有一定的要求,对于抗拉强 度的要求也是十分苛刻的,虽然进行排水和反滤的时候抗拉强度并不十分重要, 不过因为在铺设的时候由于拉
4、扯、撕破、顶压等措施,还有为了避免建筑物变形, 因而对抗拉强度的标准也是很高的。加筋和隔离功能时,抗拉强度主要是设计指 标。 握持强度复合土工膜对于集中荷载的扩散大小与握持强度成正比,N为单位。复合土 工膜的抵抗荷载力即由握持强度表示。 撕裂强度撕裂强度的单位也是N,是说明破坏拉力的,表示的是沿复合土工膜的裂口 把裂口裂开越来越大的最大的拉力。(3)水力学特性 透水率以及垂直渗透系数透水率单位是1/s,表示的是水位差等于1时的渗透速率。垂直渗透系数单 位是cm/s,表示水力梯度为1,在水流以垂直的方式通过土工织物时,水流流 速的速率。 导水率以及水平渗透系数水平渗透系数单位是cm/s,表示的是
5、当水力梯度为1的时候,水流流速的 速率,在水流沿复合土工膜平面渗透时的速率。导水率单位是cm2/s,表示的是 输水能力。(4) 与土相互作用特性 土一织物界面摩擦系数加筋土的形成就是把土中的复合土工膜,利用土一复合土工膜界面的摩擦力 把表面的荷载力转移到表面复合土工膜,这样复合土工膜就能抵抗住拉力。工 程实例包括加筋土挡墙、堤基加筋垫层等等。依据试验的方法将其划分成拉拔摩 擦系数以及直剪摩擦系数。 土一织物渗透特性在土一织物联合利用的时候,如何使复合土工膜能不发生淤堵,长期保持良 好的保土及排水性能,目前还没有满意的理论准则。可进行长期淤堵试验或梯度 比试验,来判断复合土工膜是否发生淤堵,第一
6、种需要5001000h才能实验完 毕,第二种需要测试的时间为24h。这两种都不完美都有欠缺之处需要进一步改 进。(5) 耐久特性关于耐久性能大多没有可遵循的规范、规程。其性能指标包括抗生物、抗化 学、抗大气环境、耐磨、抗紫外线等等。一般按工程要求进行专门研究或参考已 有工程经验来选取。2复合土工膜的作用机理当土工膜在土石坝中用作防渗体时,主要依赖薄膜两侧坝体材料对它的支撑。由于其所处的位置不同,故作用机理亦不一样,由于土工膜本身是非常柔软的, 且相当不透水,故当水库坝体承受作用水头时,土工膜仅起到防渗作用,而将水 压力几乎全部传给支撑它的那部分坝体,该部分坝体受水压作用后发生变形,防 渗土工膜
7、亦随之发生位移。当土工膜置于坝体中间作防渗体时,由于土工膜两侧坝体材料的性质基本一 样,因而在竖向沉降时,上下游坝体变形基本相同,对中间的土工膜,虽然其材 料特性与坝体材料相差甚远,但因土工膜相当柔软,故随坝体竖向沉降土工膜亦 相应下降,折曲在坝体中,产生相对位移的可能性甚小,土工膜和坝体材料两者 位移基本协调。对于坝体的水平位移,土工膜随坝体产生拉伸应变,由于土工膜 为整体结构,并且具有一定的抗拉强度,即对坝体位移产生抑制作用。抑制作用 的大小,取决于土工膜的抗拉性能,强度越高则抑制作用也越大,相反则小。对于土工膜置于坝面或连同粘士心墙作组合防渗体的情况,土工膜两侧的坝 体材料特性有较大差异
8、,此时两侧坝体产生的竖向沉降和水平位移相差甚多,对 于土工膜而一言,虽然它十分柔软,随坝体变形而移位,但因其两侧变形量之不 同,同时,土工膜与心墙土料和坝壳材料间的摩擦系数亦不一致,故土工膜将与 摩擦系数大的一侧同时滑移,而摩擦系数小的一侧因具有一定的摩擦力而产生抑 制作用。与此同时,土工膜随不同各部位的位移不同而产生拉伸应变,这将由土 工膜的抗拉强度来抵抗。相反,土工膜的抗拉强度将抑制坝体的变形,这是相辅 相成的。土工膜置于两种不同介质中,必然遭受坝体材料的挤压,则土工膜将可能在 粗粒材料的孔隙中产生顶破及被尖棱角穿刺,顶破和穿刺的程度取决于法向压应 力的大小,支撑材料的形状和大小以及土工膜
9、本身的强度和伸长率,若土工膜受 力弯曲变形达到并超过其极限伸长率或者超过其抗拉强度,土工膜即发生破裂, 或者土工膜的抗穿刺力小于其间的接触力时,土工膜将刺穿,丧失抗渗能力。3复合土工膜的选择复合土工膜是非机织型土工织物与土工薄膜通过挤压、滚压或喷涂等加工工 艺合成,其结构有一布一膜,二布一膜等类型,薄膜主要起防渗截水作用,而织 物既能起排水又能起到弥补薄膜自身强度的不足和保护薄膜的作用。良好的均匀性和防渗性能是选择土工膜的首要问题,一般塑料制品,尤其是 热压塑料制品,质地比较均一,渗透系数也较合成橡胶小,工程中选用较多。涂 塑的制品均匀性较差,选用时需慎重。橡胶制品也有压制的涂刷的两种,前者较
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