土工薄膜作用機理:由于薄膜的極弱透水性,可將其應(yīng)用于堤壩中起隔水作用。當(dāng)薄膜置于壩體中心作防滲心墻時,其兩側(cè)的筑壩材料特性基本相同。因而,在施工和蓄水期,薄膜兩側(cè)壩體豎向沉降同時發(fā)生且基本一致。由于薄膜心墻相當(dāng)柔軟,可隨壩體同時下降而蜷曲在堤壩體內(nèi),故薄膜與堤壩體材料兩者的變形基本協(xié)調(diào),產(chǎn)生相對位移的可能性甚小。對于水平位移而言,施工期堤壩體內(nèi)的上、下游兩部分壩殼各自朝上、下游方向發(fā)生變形,因而對薄膜心墻的影響甚微。但在蓄水期,受上游水壓作用,壩體的水平位移均朝向下游。心墻上游壩體的水平位移將抵消施工期其向上游的變形,而心墻下游壩體位移量將增加。這時,薄膜隨壩體的水平位移將產(chǎn)生拉伸應(yīng)變。鑒于薄膜具有較高的抗拉強度,能對壩體的水平位移產(chǎn)生抑制作用。抑制作用的大小取決于薄膜的抗拉性能。當(dāng)采用薄膜連同心墻土料作組合防滲體時,薄膜置于上游壩殼與心墻土料之間,其兩側(cè)的材料特性截然不同,且壩體內(nèi)各部位的豎向沉降或水平位移均相差甚大。柔軟的薄膜可隨壩體的變形而位移,但因其兩側(cè)變形量不同,且薄膜與心墻土料、薄膜與上游壩殼材料間的摩擦力也不一致。薄膜將隨著摩擦力較大的一側(cè)同時變形,而對具有一定摩擦力的另一側(cè)產(chǎn)生抑制作用。薄膜的抗拉強度將抵抗因壩體各部位位移的不同而產(chǎn)生拉伸應(yīng)變,同時,又抑制著壩體的應(yīng)變,兩者相輔相成。
此外,防滲薄膜置于支撐材料之間,必然遭受支撐材料的擠壓,尤其在蓄水后又受到水壓的作用,則薄膜可能在支撐材料的孔隙中產(chǎn)生頂破;同時,還可能被支撐材料尖銳棱角所刺破,最終喪失其抗?jié)B性。薄膜的頂破和穿刺程度取決于法向應(yīng)力的大小、支撐材料的形狀和大小、薄膜自身的強度和伸長率。因此,在設(shè)計和施工中應(yīng)根據(jù)土工膜的受力情況,確定其抗拉強度,選擇合理的材料,做好土工膜上下過渡層,確保薄膜的整體安全,提高其抗?jié)B性。對于重要堤防工程的防滲加固,目前普遍采用垂直防滲或臨水坡鋪設(shè)土工膜以及兩者聯(lián)合防滲等形式,可大大縮短施工工期。許多工程實錄都表明它的防滲效果良好、經(jīng)濟、施工方便,有推廣使用的價值。
復(fù)合工膜有許多優(yōu)點,以織造型土工織物復(fù)合,可以對土工膜加筋,保護膜不受運輸或施工期間的外力損壞;以非織造型織物復(fù)合,不僅對膜提供加筋和保護,還可起到排水排氣的作用,同時提高膜面的摩擦系數(shù),在水利工程和交通隧洞工程中有廣泛的應(yīng)用。
土工膜被廣泛應(yīng)用于水利和巖土工程的各個領(lǐng)域。不同的工程對材料有不同的功能要求,并以此選擇不同類型和不同種類的土工膜。土工膜的一般性能包括物理、力學(xué)、化學(xué)、熱學(xué)和耐久性能等。在工程應(yīng)用中更重視其防水(滲透性及透氣性)、抗變形的能力及耐久性。大量工程實踐表明,土工膜有很好的不透水性;有很好的彈性和適應(yīng)變形的能力,能承受不同的施工條件和工作應(yīng)力;有良好的耐老化能力,處于水下、土中的土工膜的耐久性尤為突出??傊梢哉J為土工膜具有十分突出的防滲和防水性能。
物理性能指標:①單位面積質(zhì)量,系1m2土工膜的質(zhì)量,稱為土工膜的基本質(zhì)量,單位為g/m2 。它是土工膜的一個重要指標。土工膜的單價與單位面積質(zhì)量大致成正比,其力學(xué)強度隨質(zhì)量增大而提高。因此,在選擇產(chǎn)品時單位面積質(zhì)量是必須考慮的技術(shù)和經(jīng)濟指標。②厚度,指土工膜在2kPa法向壓力下,其頂面與底面之間的距離,單位為mm。土工膜厚度隨所作用的法向壓力而變,規(guī)定2kPa壓力表示土工膜在自然狀態(tài)無壓條件下的厚度。
一般防滲工程中的復(fù)合土工膜都是鋪設(shè)在散粒土體上,而堆石壩在瀝青混凝土斜墻或混凝土面板上鋪設(shè)復(fù)合土工膜有自己的特點,既有其有利的一面也有其不利的一面,在設(shè)計中盡量揚長避短,發(fā)揮利用其有利因素,盡量減少不利方面的影響。
(1)瀝青混凝土斜墻或混凝土面板是鋪膜的難得的好基面,它表面平整、光滑、較之散粒土體粒徑小,不易墊破復(fù)合土工膜。
(2)如果將復(fù)合土工膜不用粘接劑粘接而直接鋪設(shè)在斜墻上,土工膜在一定范圍可伸長變形,這一點無異于將膜鋪在散粒土基上。但因膜上水壓力大,膜與基面摩擦力對膜的變形范圍有一定限制。有一點不同的是斜墻既有均勻變形也有集中變形(裂縫塌坑),而土基一般是緩變的。
(3)如用粘接劑將復(fù)合土工膜牢牢粘貼在瀝青混凝土或混凝土面板上,此時粘接力大于或等于復(fù)合土工膜的拉力,膜的伸長變形受到斜墻的約束和限制,此時復(fù)合土工膜伸長變形大的優(yōu)勢將不能充分發(fā)揮,這一點對工程非常不利,設(shè)計時應(yīng)力求避免,即盡量不用粘接劑,如果必需則應(yīng)使粘接劑的粘結(jié)力小于膜本身的拉力,當(dāng)膜即將拉斷破壞時,膜能沿著斜墻滑移錯動。
(4)目前瀝青混凝土斜墻或混凝土面板的設(shè)計,主要從控制滲透流量和抵抗水壓力的抗彎強度兩個方面考慮,對于承受較高水頭的斜墻其厚度主要受后者控制。復(fù)合土工膜只能受拉而不能抗彎,即鋪膜不能提高斜墻承載力,所以將來斜墻仍可能產(chǎn)生裂縫。但如處理得當(dāng),復(fù)合土工膜可在斜墻一定寬度裂縫處不斷裂,這樣就可以起到防滲作用。