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复合土工膜性能优化探析

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:通过一系列的试验研究,对复合土工膜性能有了如下认识。图3.22复合土工膜拉伸强度T与伸长率ε关系曲线图3.23复合土工膜(d样)拉伸强度T与伸长率ε关系曲线复合膜中膜的变形率对复合膜的防渗性能影响很大。可见复合土工膜中布不仅能改进复合土工膜的强度,而且有利于改善薄膜破损时的渗流特性。通过复合程度影响试验得知,布、膜复合的松紧对复合土工膜的拉伸、顶破强度特性产生了显著的影响。

复合土工膜性能优化探析

通过一系列的试验研究,对复合土工膜性能有了如下认识。

(1)在抗拉试验中,当试样宽度大于100mm后,得到的强度差别很小,因此取100mm作为复合膜测试宽度即可满足精度要求。

(2)通过CBR顶破试验和圆球顶破试验,可以分析得出任一点平均径向拉强和平均拉应变。通过换算,两种顶破试验得到的径向拉强相近,表明测试效果基本—致,—定程度上可以互相取代。

(3)在有关试验中,复合膜受顶破压力时得到的径向拉强高于其窄条受拉强度,而变形率则相反,表明顶破试验中不存在拉伸试验中的“颈缩”现象,径向拉强结果更接近复合膜用于防渗目的的工程应用实际情况,因而复合土工膜的抗法向力试验结果更富实用意义。

(4)由于布加筋的作用,使复合膜的力学特性与单一薄膜相比得到显著提高。其抗拉、抗胀破、抗顶破、抗撕裂、抗刺破能力大为改善,其力学特性既有布的特点又有膜的特点。

(5)从图3.22和图3.23中还可以看出,复合膜的拉力—应变曲线可以分为3个阶段:拉强上升阶段(OF)、变形率小的材料(—般为布)断裂阶段(FC)和变形率大的材料(一般为薄膜)继续受力变形阶段(CH)。这种曲线特性说明由于两种材料变形率不一致,变形率小的材料先发生破坏,然后由变形率大的材料单独承担荷载。

图3.22 复合土工膜(a样,b样,c样)拉伸强度T与伸长率ε关系曲线(www.xing528.com)

图3.23 复合土工膜(d样)拉伸强度T与伸长率ε关系曲线

(6)复合膜中膜的变形率对复合膜的防渗性能影响很大。从胀破试验可以看出,尽管d样中薄膜本身的胀破强度很低,但由于其良好的变形能力,使之与布复合后的胀破强度大大提高,能完整地起到防渗作用。c样中膜的强度大于d样的膜强度,但由于其变形率小,复合后的胀破强度反比d样低。另外,e样的薄膜厚度仅0.07mm,其强度远低于加筋布,在整体测试中反映的是布的强度特性,但从胀破强度中可以发现,由于加筋布的作用,使原来的胀破强度从0.01MPa提高到了1.3MPa,所以说复合膜中膜的厚度与其防渗性能并不成正比,而膜的变形率对提高复合土工膜的防渗性能至关重要。也就是说在复合土工膜的设计中应首先考虑的是膜的变形率(当然变形率与膜的厚度亦有一定关系)和布的强度。

(7)水利工程应用中,坝(堰)体和堤防变形、施工和运行荷载要求复合膜有一定的强度和变形率。通过试验结果分析可知,当复合膜中膜的变形率大于布的变形率时,布的高强度能得以充分发挥,在布发生破坏前膜能起到有效的防渗作用,保证复合膜在允许荷载范围内安全运行;而当复合膜中膜的变形率小于布的变形率时,复合膜承受一定荷载后,膜将首先发生破坏,布的高强度得不到有效发挥,使复合膜在小于允许荷载的作用力下就失去了防渗作用。因而,在考虑复合膜的整体强度时,还应根据复合膜的受力特点,引进一个新的概念——相对变形率,即膜与布的变形率之比,其设计取值应考虑复合膜的整体变形率、布和膜的稳定性要求等因素。根据本次研究和以往的工程经验,当相对变形率取值不小于2时,一般可以满足设计要求。

(8)通过一系列水力试验和对比国内外资料,可得到复合膜的渗透性为i×10-10cm/s量级,远远低于传统防渗材料。

另外,根据有关研究,采用针刺无纺布加筋的复合土工膜在薄膜产生破坏时,其渗透特性与单一薄膜破坏时也不一样。当下卧支持层为弱透水介质时,复合土工膜中的土工布能起到一定的排水作用,降低浸润线高度;而当下卧支持层为强透水材料时,由于加筋土工织物在一定压力作用下,其透水性降低,同时由于针刺无纺布具有较好的柔性,能使膜与下卧层接触紧密,这样,一旦薄膜产生局部破坏时,不至于使透过膜的水沿膜与垫层接触缝迅速扩散。因此,有布加筋时薄膜与同一破损条件下单膜的渗透流量相差甚大。可见复合土工膜中布不仅能改进复合土工膜的强度,而且有利于改善薄膜破损时的渗流特性。

(9)复合膜的力学强度并不是其组合材料布与膜的力学强度的简单叠加,而是与布、膜之间的复合程度紧密相关。通过复合程度影响试验得知,布、膜复合的松紧对复合土工膜的拉伸、顶破强度特性产生了显著的影响。从而,从侧面证明,复合膜的整体工程特性要优于单一布和膜叠加所产生的性能,复合膜的设计不能简单对照单一布和膜的性能指标。

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