膜下加压式的现场气胀渗漏与室内拉伸的土工膜试验方法技术

本发明专利技术公开了膜下加压式的现场气胀渗漏与室内拉伸的土工膜试验方法，属于水利工程技术领域，包括如下步骤：选定现场试验尺寸；埋设气压力探头及充气管；四周挖边界沟至地下水位以下；边界沟内铺膜；边界沟回填，封闭边界，形成上边界及四周由土工膜包裹、下边界由地下水封闭的试验空间；安装土工膜鼓起高度的测试位移设备；开动抽气设备，进行流量测试；室内试样拉伸测试；室内数据处理及分析。本发明专利技术采用了工程实际使用的土工膜，展示了土工膜鼓胀过程，展示了不同工况条件下土工膜气胀、渗漏的不同现象，反映了土工膜缺陷或局部破损对气胀渗漏的影响规律，有效地评估了土工膜厚度合理性及气胀渗漏风险，具有广泛的推广价值。具有广泛的推广价值。具有广泛的推广价值。

【技术实现步骤摘要】
膜下加压式的现场气胀渗漏与室内拉伸的土工膜试验方法


[0001]本专利技术属于水利工程
，具体涉及膜下加压式的现场气胀渗漏与室内拉伸的土工膜试验方法。

技术介绍

[0002]在水库库址存在厚度较大、透水性较强地层时，如粉砂，砂性土或砾石土，选择土工膜防渗是一种比较理想的方案。比较成功例子有山西省万家寨引黄北干线耿庄水库、山西省万家寨引黄入晋工程北干线上的金沙滩水库、山东省济南市北部的商河县的清源湖水库、甘肃酒泉市的夹山子水库、云南昆明的金殿水库、新疆和田地区策勒县的胜利水库以及山东德州大屯水库等，这些采用库盘铺膜防渗的水库，防渗系统运行良好，未见土工膜明显破坏现象。
[0003]然而采用库盘土工膜防渗的水库仍存在渗漏问题威胁。山东省淄博市新城水库采用库盘土工膜防渗，土工膜厚度0.3mm，库水位下降1.0～1.5cm/日，截渗沟内水位受库水位影响而变化，表明渗漏仍较为严重。据文献研究，库盘铺膜防渗方案的平原水库存在土工膜气胀、浮托、胀破等现象。土工膜气胀破坏可加剧了库水渗漏，进而引起库外农田浸没等严重问题，给工程维护带来极大的困难并大大增加了工程运行成本。如1998年建成使用的济南市玉清湖水库北店子沉砂池，其坝坡铺设了复合土工膜。该工程坝前10m范围内曾出现严重的、连锁的气爆现象，进而导致了坝后浸没事故。
[0004]库盘铺膜后如何避免气胀破坏？工程方案常用膜下排气盲沟和膜上覆土压载的工程措施来减小和平衡膜下气压。根据大屯水库的运行情况，水库防渗效果良好，平均渗漏量约为0.6万m3/d。
[0005]评价水库土工膜防渗系统土工膜厚度设计合理性，评估土工膜气胀渗漏风险，进而为土工膜厚度设计提供理论依据等，一直是困扰水库土工膜防渗结构系统设计与应用的难题。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术提供膜下加压式的现场气胀渗漏与室内拉伸的土工膜试验方法，展示了不同工况条件下土工膜气胀、渗漏的不同现象。
[0007]技术方案：为了实现上述目的，本专利技术通过如下的技术方案来实现：膜下加压式的现场气胀渗漏与室内拉伸的土工膜试验方法，包括如下步骤：
[0008]1)土工膜下加气压而鼓胀的现场实施；
[0009]选定现场试验尺寸，埋设气压力探头及膜下充气管，四周挖边界沟至地下水位以下，边界沟铺膜形成包裹层，边界沟回填至试验设计地面的标高，实现上边界及四周由土工膜包裹、下边界由地下水封闭边界，形成封闭的膜下试验空间；安装土工膜鼓起高度的测试位移设备；开动空气压缩机及发电机，并通过位移计测试膜鼓胀位移w，用频率读数仪测试膜下气压力探头的频率；
[0010]2)土工膜室内拉伸测试分析；
[0011]进行室内试件制作，试件拉伸测试；
[0012]进一步地，所述的步骤1)中，所述的位移计安装在门架上。
[0013]进一步地，所述的步骤1)中，为改变试验条件，在封闭沟内灌水，进一步提高试验场膜下试验空间的封闭性。
[0014]进一步地，所述的步骤1)中，为能膜下空间充气加压，土工膜铺设前应将膜下充气管一端布置于试验区内；为能测试膜下空间气压力，土工膜铺设前应将气压力探头布置于试验区内；为能测试膜体鼓胀高度，土工膜铺设后应在试验区布置膜体鼓胀高度的位移测试装置；试验准备完毕后，开始对膜下充气加压，并测试膜下气压、膜体鼓胀高度。
[0015]进一步地，所述的步骤1)中，对现场实施后测得数据进行室内数据处理及分析，其中膜下气压测试的数据处理公式为：
[0016][0017]式中：p
‑
膜下气压力，kPa；k
‑
钢弦式钢筋计的常数；f0‑
气压力探头的初始自振频率，根据厂家标定确定，Hz；f1‑
气压力探头的测量自振频率，Hz。
[0018]进一步地，所述的步骤1)中，由试验测得弦长a(鼓包短边长度)，弦高H，求得半径R和弧长l，及单位宽度的拉应变ε：
[0019][0020][0021][0022]进一步地，所述的步骤1)中，气胀试验实施过程单位宽度的拉力T：
[0023][0024]式中p为膜下气压力(kPa)；a为鼓包短边长度(m)，即为弦长；ξ为系数，对于长条缝上的膜，可取0.204；ε为单位宽度的拉应变(％)。
[0025]进一步地，所述的步骤2)中，进行室内数据处理及分析，采用单向拉伸曲线揭示了完好土工膜的应力
‑
应变变化规律，其中，单位宽度的拉力是根据标准试件单向拉伸试验测试结果，进行如下计算所得
[0026][0027]式中：T为单位宽度的拉力，N/mm；b0为标准试件的横向长度，mm；F为标准试件的拉力，N。
[0028]进一步地，所述的步骤2)中，该单向拉伸曲线分为4个阶段：正常拉伸、颈缩强化、稳定拉伸及二次强化阶段：
[0029]第1阶段，正常拉伸是指试验拉伸至单位宽度的屈服拉力T
s
，此截面不变；此阶段中，试样被均匀地拉伸延长，试样历经时间较短，变形量较小，拉力随位移增大而增加，呈现上凸状，大部分为线性关系，末期出现非线性，模量减小；逐渐出现塑性屈服性状，此时屈服应变ε
s
，进入第2阶段的颈缩强化；
[0030]第2阶段中，试样截面开始变小，相应拉力减小，直到出现截面稳定的细颈段后，拉力也稳定，此时截面横向长度和厚度分别由初期的6mm、0.8mm变化为2.5mm、0.4mm；此阶段中，由于截面显著减小，拉力并未明显减小，显然材料有了显著强化，强度增大；
[0031]进入第3阶段的稳定拉伸，细颈与非细颈部分的横截面面积分别维持不变，而细颈部分不断扩展，非细颈部分逐渐缩短，直到整个试样完全变细为止；此阶段是试件拉伸部分稳定转化过程，保持应力几乎不变，整体应变不断增大，拉伸曲线为水平线段；
[0032]最后，进入第4阶段的二次强化阶段，在非细颈向细颈转化过程中，当局部出现再拉伸，出现二次强化现象时，就会出现应力又随应变的增加而增大，进而引发断裂发生。
[0033]进一步地，所述的步骤2)中，由室内单向拉伸曲线的土工膜第1阶段屈服前的线性阶段，由式(7)求得材料的变形模量E：
[0034][0035]式中：ΔT为单位宽度的拉力增量，N/mm；Δε为与ΔT拉力增量对应的应变增量，％。
[0036]根据材料的变形模量E和膜下气压力p，由下式复核土工膜单位宽度的拉力T：
[0037]T
1.5
＝ξE
0.5
pa
ꢀꢀ
(8)
[0038]式中p为膜下气压力，kPa；a为鼓包短边长度，m；ξ为系数，对于长条缝上的膜；E为室内试验测得单位宽度的土工膜变形模量，kPa。式(8)反映了土工膜气胀试验发展过程中的膜下气压力与土工膜单位宽度的拉力的相关变化规律，即土工膜材质E相同时，土工膜单位宽度的拉力随气压力p增大而增大；相应地设计气压力p确定后拉力也确定；膜下气压相同，短边a愈小的地方，拉力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.膜下加压式的现场气胀渗漏与室内拉伸的土工膜试验方法，其特征在于，包括如下步骤：1)土工膜(6)下加气压而鼓胀的现场实施；选定现场试验尺寸，埋设气压力探头(5)及膜下充气管(4)，四周挖边界沟至地下水位(2)以下，边界沟内铺膜，边界沟回填至试验设计地面(11)的标高，实现封闭边界，形成上边界及四周由土工膜包裹、下边界由地下水封闭的膜下试验空间(1)；安装土工膜(6)鼓起高度的测试位移设备；开动空气压缩机及发电机(8)，并通过位移计(7)测试膜鼓胀位移w，用频率读数仪(9)测试膜下气压力对应气压力探头的频率；2)土工膜(6)室内拉伸测试分析；进行室内试件制作，试件拉伸测试，室内数据处理及分析。2.根据权利要求1所述的膜下加压式的现场气胀渗漏与室内拉伸的土工膜试验方法，其特征在于，所述的步骤1)中，所述的位移计(7)安装在门架(10)上。3.根据权利要求1所述的膜下加压式的现场气胀渗漏与室内拉伸的土工膜试验方法，其特征在于，所述的步骤1)中，改变试验条件，在封闭沟内灌水，提高试验场膜下试验空间的封闭性。4.根据权利要求1所述的膜下加压式的现场气胀渗漏与室内拉伸的土工膜试验方法，其特征在于，所述的步骤1)中，为膜下空间充气加压，土工膜(6)铺设前将膜下充气管(4)一端布置于试验区内；为测试膜下空间气压力，土工膜(6)铺设前将气压力探头(5)布置于试验区内；为测试膜体鼓胀高度，土工膜(6)铺设后应在试验区布置膜体鼓胀高度的位移测试装置；试验准备完毕后，开始对膜下充气加压，并测试膜下气压力、膜体鼓胀高度。5.根据权利要求1所述的膜下加压式的现场气胀渗漏与室内拉伸的土工膜试验方法，其特征在于，所述的步骤1)中，进行室内数据处理及分析，现场实施过程的膜下气压力计算是由埋设于膜下试验空间(1)内气压力探头，通过频率读数仪(9)则膜下气压力测试数据的处理公式为：式中：p
‑
膜下气压力，kPa；k
‑
钢弦式钢筋计的常数；f0‑
气压力探头的初始自振频率，Hz；f1‑
气压力探头的测量自振频率，Hz。现场土工膜下拉应变由试验测得弦长a，弦高H，求得半径R和弧长l，及单位宽度的拉应变ε：变ε：变ε：现场气胀时土工膜单位宽度的拉力T：式中p为膜下气压力，kPa；a为鼓包短边长度，m，即弦长；ξ为系数，对于长条缝上的膜，取0.204；ε为单位宽度的拉应变，％。
6.根据权利要求1所述的膜下加压式的现场气胀渗漏与室内拉伸的土工膜试验方法，其特征在于，所述的步骤2)中，进行室内数据处理及分析，采用单向拉伸曲线揭示了完好土工膜(6)的应力
‑
应变变化规律，其中，单位宽度的拉力是根据标准试件单向拉伸试验测试结果，进行如下计算所得式中：T为单位宽度的拉力，N/mm；b0为标准试件宽度，mm；F为标准试件的拉力，N。7.根据权利要求5所述的膜下加压式的现场气...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹雪山，袁俊平，丁国权，邱豪磊，胡有方，吴琦，沈正茂，廖志彬，白鹭，党仕全，
申请(专利权)人：银川中铁水务集团有限公司，
类型：发明
国别省市：