一种用于水库土工膜防渗的盲沟排气优化方法技术

本发明专利技术公开了一种用于水库土工膜防渗的盲沟排气优化方法，首先铺设盲沟排气系统，该盲沟排气系统包括位于水库库底的土工膜下方的棋盘式盲沟，以及由盲沟分割成的多个土体单元。本发明专利技术通过盲沟排气系统进行排气时，考虑到气阻平衡性，即使气体由土体单元向盲沟的排气过程1与气体通过盲沟向大气的排气过程2中的气体重量相同，排气时间相同，且土工膜下气压≦气压临界值。本发明专利技术不仅保证了土工膜下气体排出的流畅性，减小了土工膜下气阻，进而减小了土工膜下气体压力，还保证土工膜下气压不超过临界值，解决了目前水库地下水位上升导致土工膜下气胀，以及平原水库水平方向排气路径过长导致排气困难的问题。过长导致排气困难的问题。过长导致排气困难的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水库土工膜防渗的盲沟排气优化方法


[0001]本专利技术涉及盲沟排气系统及排气方法，尤其涉及一种用于水库土工膜防渗的盲沟排气优化方法。

技术介绍

[0002]盲沟是场地地表以下设置的流体排泄通道，为充填碎、砾石及其它粗粒材料并铺以反滤层、透水管的排、截地下水气流体的暗沟。
[0003]当水库库址分布地层为厚度大、透水性较强的粉砂、砂性土或砾石土地层，而缺乏有效隔水层时，目前普遍通过采用库底土工膜防渗来解决场地地层的渗漏问题，但是出现了以下问题：如山东省淄博市新城水库采用了0.3mm的厚聚乙烯PE土工膜防渗方案，运营过程中的库水位下降速度1.0～1.5cm/日，截渗沟内水位受库水位影响而变化，表明水库仍有渗漏。
[0004]当地下水位相对较深，库底土工膜下存在大量孔隙气体；如地下水位上升，可引起土工膜下气体聚集；但平原水库平面尺寸大，水平向排气路径长度太大，导致排气困难。因此目前土工膜防渗方案的水库渗漏原因多为土工膜下气胀引发。而膜下气胀的影响因素主要是水库水位下降及地下水位上升。土工膜下设置盲沟时，应考虑盲沟结构渗气性和排气效果，而盲沟的气阻与盲沟的排气效果有紧密联系。
[0005]因此，用于土工膜防渗的盲沟排气方法如何优化，进而规避盲沟设计中出现的问题，从而减小工程运营维护的风险，成为亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：针对现有技术中，地下水位上升导致土工膜下气体聚集，引起土工膜下气胀，以及平原水库水平方向排气路径过长导致排气困难的缺陷，本专利技术提出一种用于水库土工膜防渗的盲沟排气优化方法，通过调整土工膜下气体压力，不仅保证了整个系统中气体排出的流畅性，还保证土工膜下气压不超过临界值，解决了库区场地地层的渗漏问题。
[0007]技术方案：本专利技术用于水库土工膜防渗的盲沟排气优化方法在实施时，首先铺设盲沟排气系统；该盲沟排气系统包括位于水库库底的土工膜下方的棋盘式盲沟，以及由盲沟分割成的多个土体单元。本专利技术通过盲沟排气系统进行排气时，考虑到气阻平衡性，即盲沟排气系统中的气体由土体单元向盲沟的排气过程1与气体通过盲沟向大气的排气过程2中的气体重量相同，排气时间相同，且土工膜下气压≦气压临界值。
[0008]排气过程1包含步骤(1)～(3)；排气过程2包含步骤(4)～(6)；具体步骤如下：
[0009](1)根据水库的中心处的盲沟间距、地下水位设计埋深、土体孔隙比、气体饱和度求得排气过程1中的排气体积量V1；
[0010]V1＝[(1
‑
S
r
)*H*S2*e]/2(1)
[0011]其中：e为土工膜下土体平均孔隙比；S
r
为气体饱和度；S为盲沟间距；H为地下水位设计埋深；
[0012](2)设定土工膜下气压临界值为p
t
，且p
t
≦土工膜上压力荷载；同时设定水库的中心处的土体单元与盲沟的气压差为Δp1；由式(2)得出土体单元与盲沟之间的平均气压p1；由式(3)得出土体单元内的气体密度ρ
p1
；由式(4)得出气体重度γ
p1
；由式(5)得出由水库的中心处的土体单元向盲沟排出的气体重量Q1：
[0013][0014][0015]γ
p1
＝ρ
p1
g(4)
[0016]Q1＝V1*γ
p1
(5)
[0017]其中，Δp
t
为设定的土工膜下气压临界值，Δp1为水库的中心处的土体单元与盲沟的气压差；ρ
p1
为在压力p1条件下气体的密度；p1为水库的中心处的土体单元至盲沟的平均气压；T为土工膜下气体温度，单位为摄氏度；μ为土工膜下气体分子的摩尔质量，对于空气取值为29；γ
p1
为在压力p1条件下气体重度；g为重力换算系数，取9.832N/kg；Q1为由水库的中心处的土体单元向盲沟排出的气体重量；
[0018](3)由公式(6)和公式(7)得出排气过程1中，水库的中心处的土体单元向盲沟的排气时间t1：
[0019][0020][0021]其中，k
a1
为土体单元的渗气系数；L1为土体单元向盲沟的渗流路径长度；A1为土体单元与盲沟的接触面积；v1为土体单元向盲沟排气时的气体流速；t1为水库的中心处的土体单元向盲沟的排气时间；
[0022](4)由公式(8)得出盲沟从水库中心向大气排气的气压Δp2：
[0023]Δp2＝p
t
‑
Δp1(8)
[0024]其中，p
t
为设定的土工膜下气压临界值，Δp1为水库的中心处的土体单元与盲沟的气压差；
[0025](5)设定盲沟从水库中心向大气排出的气体重量Q2[0026]Q2＝Q1[0027](6)由公式(10)得出盲沟从水库中心向大气排气的时间t2：
[0028][0029][0030]其中，k
a2
为盲沟的渗气系数；L2为水库短边方向的盲沟从水库中心向大气排气的渗流路径长度；A2为盲沟的横截面积；v2为盲沟从水库中心向大气排气时的气体流速；t2为水库短边方向的中心至围堤边的盲沟排气所持续时间；Q2为盲沟从水库中心向大气排出的气体重量；
[0031](7)通过调整水库的中心处的土体单元与盲沟的气压差Δp1，重复步骤(2)～步骤(6)计算，直至满足t1＝t2；
[0032](8)得出水库的中心处的土体单元土工膜下的排气总时间t
12
为2t1。
[0033]盲沟材料通常为中粗砂，由步骤(6)知，将盲沟材料的中粗砂改为卵粒石可增大盲沟渗透系数，进而由式(9)～(10)计算，缩短排气过程2的排气时间t2。
[0034]在盲沟内填充卵粒石，再增设土工盲管来增大盲沟渗透系数，从而进一步增大盲沟渗透系数，进一步由式(9)～(10)计算，缩短排气过程2的排气时间t2。
[0035]步骤(2)中，通过增大土工膜上压力荷载来增大土工膜下气压临界值p
t
，进而增大排气过程1和排气过程2的Δp1、Δp2、v1、v2，缩短排气时间。
[0036]步骤(6)中，通过增大盲沟横截面积进而增大A1、A2，提高v1、v2，缩短排气时间。
[0037]工作原理：本专利技术的盲沟排气系统在进行排气时，由于盲沟材料的孔隙直径小且孔隙通道曲折变化，孔隙中的气体与固体颗粒的接触面积大，气体分子与材料表面的相互摩擦力而消耗气体运动能量，由此产生气阻力及气阻效应。
[0038]单位流量、单位长度的气阻力与气压差所形成的动力相等时，流量与压力差成线性关系，满足达西定律，因此压力差看作气阻力。气体在盲沟内的渗流气阻由一定气压差下通过渗流路径气体体积流量的公式(11)计算确定：
[0039][0040][0041]式中：为渗流过程中渗流气阻，Δp为渗流过程中的压力差(kPa)；ΔV本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
Q2＝Q1(6)由公式(10)得出盲沟从水库中心向大气排气的时间t2：：其中，k
a2
为盲沟的渗气系数；L2为水库短边方向的盲沟从水库中心向大气排气的渗流路径长度；A2为盲沟的横截面积；v2为盲沟从水库中心向大气排气时的气体流速；t2为水库短边方向的中心至围堤边的盲沟排气所持续时间；Q2为盲沟从水库中心向大气排出的气体重量；(7)通过调整水库的中心处的土体单元与盲沟的气压差Δp1，重复步骤(2)～步骤(6)计算，直至满足t1＝t2；(8)得出水库的中心处的土体单元土工膜下的排气总时间t
12
为2t1。3.根据权利要求2所述的用于水库土工膜防渗的盲沟排气优化方法，其特征在于：由步骤(6)得出，将盲沟材料的中粗砂改为卵粒石进而增大盲沟渗透系数，进而由式(9)～(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹雪山，袁俊平，丁国权，王骏，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：