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复合土工膜的厚度选择分析

时间:2018-02-12 09:57   作者:青岛梦想材料 点击:

    土工膜的技术参数较多,选型设计首先要研究的是其厚度。根据SL/T225-98《水利水电工程(Engineering)土工合成材料(Material)应用技术标准》规定(guī dìng),土工膜应用于防渗铺盖结构中时,所需要的厚度应按作用水头,地层中可能存在裂隙的大小,以及膜材的抗拉强度和破坏(vandalism)应变等情况,结合理论计算结果确定。土工膜的厚度还直接影响(influence)工程质量的可靠性,为最大化减少水库渗漏,避免施工破损、水压(特指:压强)击穿、地基变形、撕裂土工膜等,都要求土工膜有一定厚度。
    目前国内外针对土工膜厚度计算并无完全成熟的理论计算方法。铺在颗粒地层或缝隙上的土工膜受水压力荷载时的厚度有下述四种计算方法:C1)顾淦
臣(1985)的薄膜(薄而软的透明薄片)论理公式;C2)原苏联全苏水工科学研究院的经验公式;
  (3)J.P.Giroud计算方法(1982);
  (4)美国GSI(土工材料(Material)研究所)计算法。
    本次研究中采用原苏联薄膜(薄而软的透明薄片)理论计算土工膜厚度。青岛土工膜以塑料薄膜作为防渗基材,与无纺布复合而成的土工防渗材料,它的防渗性能主要取决于塑料薄膜的防渗性能。1974年全苏水工科学研究院在薄膜理论的基础上结合试验,提出计算薄膜应力的经验公式如下:二一。。347E1碑丝      1.03)   2.0347E3 (pd        )3(当d<22mm)二一。,4二1碑丝    0.32)   254E3 (pd     )3当100>d>22mm)或表示为下式:
t一。。65二1   1.03.0065E z pdrr
                  L}Jz
t一。一1     1.03.060E z pdL6Jz
(当d<22mm)
(当100>d>22mm)
    式中,6.  }6J为薄膜的拉应力、容许拉应力(kg/cm2;E为设计温度下薄膜的弹性模量(kg/cm2;P为薄膜承受的水压(特指:压强)力(t/m2;d为与薄膜接触的
土砂卵石的最大粒径(mm;t为薄膜厚度(mm。
    1982年原苏联《水库防渗结构应用聚合物薄膜(薄而软的透明薄片)的设计和施工指南》在1974年B CH07-74的基础上,进一步明确了聚乙烯膜在防渗结构中的适用性,并作出了一些有益的技术规定。1987年原苏联出版的《土坝设计》介绍了聚合物膜厚度的计算公式:一0.135E2杀  L}JZ用上式计算出来的膜较厚时,即当t}l/3d,则改用下式计算:
    如果算出的膜的厚t<1/3d,则采用1/3d。其中符号的意义与以上基本相同,但单位(unit)不同:E的单位120MPa, p的单位MPa,【司的单位MPa,  t和d的单位
仍为mm,  d为与膜接触的土砂卵石层的最粗粒组的最小粒径。青岛土工格栅经过拉伸形成的具有方形或矩形的聚合物网材,按其制造时拉伸方向的不同可为单向拉伸和双向拉伸两种。它是在经挤压制出的聚合物板材(原料多为聚丙烯或高密度聚乙烯)上冲孔,然后在加热条件下施行定向拉伸。
    本工程(Engineering)应用原苏联《土坝设计》中聚合物膜厚度计算公式,计算参数选取如下:t一土工膜厚度,p=O.15MPa,  d=20mm,  }3.04MPa, E=79.1MPa。计算土工膜厚度:t= 0.568 x塑1200.152 x20x—3.042
二O. l l mm
    在土工膜厚度计算中,一般仅考虑用耐水压(特指:压强)力击破确定膜厚,通常理论算的土工膜厚度均较小,一般0.1 }0.2mm即可满足要求。但这样算出的结果。
没有考虑施工荷载和抗老化问题(Emerson)。所以理论公式计算的膜厚是最低界限,且理论公式只考虑与膜接触的颗粒或裂缝边缘是圆浑的,故膜不能与尖锐的棱角和边缘相接触。而土工膜在使用中下垫层总是存在尖角,且根据各项试验成果表明,膜厚则老化得慢,所以膜厚的确定还应考虑这些因素,实用时需留有较大的安全系数。
    美国、口本、欧洲工程(Engineering)土石坝防渗选用的土工膜一般在1 mm以上,最厚可达Smm,  2}4mm较为多见。SL/T231-98《聚乙烯土工膜防渗工程技术标准》规定,选用土工膜厚度不应小于O. Smm}6} o
    SL/T225-98《水利水电工程土工合成材料(Material)应用技术标准》规定(guī dìng)以薄膜(薄而软的透明薄片)理论公式绘制单位宽度拉力一拉应变曲线,结合实际土工膜材料的单位宽度拉力一拉应变曲线,采用曲线交会法,按拉力与应变安全系数4}5选择(xuanze)合适的材料。根据实践经验,铺在粗砂细砾层上面的土工膜,其厚度按不同水头而定。低于25m水头,膜厚0.4mm; 25}SOm水头,膜厚0.8}1.Omm; 50}70m水头,膜厚1.2一
  1. Smm;
75} 1 OOmm水头,膜厚1.8}2.Omm o
    土工膜厚度增加一倍,土工膜的投资(意义:是未来收益的累积)仅增加1520%,因此在其他条件允许的情况下,采用较厚的土工膜,有利于提高防渗效果和耐久性。青岛土工格栅是用聚丙烯、聚氯乙烯等高分子聚合物经热塑或模压而成的二维网格状或具有一定高度的三维立体网格屏栅,当作为土木工程使用时,称为土工格栅。计算膜厚
0.1 mm}0.2mm之间,借鉴GSI建议安全系数取1015,确定选择(xuanze)膜厚为0.6mm,并通过进一步试验验证其可靠性。
    综合考虑水库防渗的必要性及产品(Product)制造水平,为更好地保护土工膜,减少下垫层和保护对土工膜的破坏(vandalism)及施工外力损害,拟采用膜厚0.6mm,土工布300g/ m2的两布一膜复合土工膜。

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