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聚乙烯土工膜气胀变形力学性质
编辑:山东鑫宇土工材料工程有限公司   时间:2020-01-10

    对于整个库底全铺聚乙烯土工膜水平防渗(库盘防渗)的围坝型平原水库,地下水位上升、库水位快速降低、围坝填筑、聚乙烯土工膜缺陷渗漏等都会引起聚乙烯土工膜气胀现象。对于较高饱和度的非饱和土层,聚乙烯土工膜缺陷渗水,接触地下水形成水幕后,可将原连续的非饱和土层分割开来;围坝填筑过程中,坝基非饱和土层的固结,也使得坝基和库区非饱和土层产生非均匀性;非饱和土层土质分布的不均匀性和库区坝体坝基防渗结构等也影响非饱和土层的非均匀性。平原水库聚乙烯土工膜气胀现场试验和聚乙烯土工膜气胀有限元数值模拟分析都表明:较高饱和度的非饱和土层,其膜下气场分布存在不均匀性。考虑到聚乙烯土工膜气胀时膜.上水压和土压分布的相对均匀性、膜下孔隙气压分布的不均匀性,以及外观表现为聚乙烯土工膜气胀鼓起变形的特点,将聚乙烯土工膜气胀变形近似简化为环向约束球形鼓胀变形。


    目前开展聚乙烯土工膜气胀变形力学特性的研究很少,相关研究主要体现在聚乙烯土工膜液胀多轴拉伸试验中。在聚乙烯土工膜液胀多轴拉伸试验中,变形挠度曲线上各点的厚度和曲率也非恒定值,锚固环附近试样处于平面应变状态,液胀膜球顶部位为双向等值拉伸应力状态。Charalambides等问采用图像处理的方式得到液胀试验过程中的应变值,克服了试验过程中聚乙烯土工膜应力和应变值难以测定的问题。Bray 等7假定聚乙烯土工膜液胀后变形为球面,采用几何方法推导出液胀压力与聚乙烯土工膜应力应变之间的关系,但由于在液压作用下聚乙烯土工膜变形挠度曲线上各点的厚度和曲率并非恒定值,这种假定会导致试验得到应力应变产生较大误差。通过理论简化、试验,分析归纳出液胀极限荷载与PE膜厚度、支持层、孔径之间的关系。

    环向约束条件下,聚乙烯土工膜气胀变形与液胀多轴拉伸变形有相似之处,外在均表现为球形鼓胀变形,但也存在着明显的区别:①二者产生的机理不同,聚乙烯土工膜液胀变形是由水压对聚乙烯土工膜产生的向下挤压变形,而聚乙烯土工膜气胀变形是因聚乙烯土工膜膜下非饱和土中孔隙气体聚集、气压增大而对聚乙烯土工膜产生的向上项胀变形。②聚乙烯土工膜液胀多轴拉伸变形相对较小,模拟圆形设备孔径- -般为1~2 cm (个别达5 cm) [8]; 而聚乙烯土工膜气胀球形鼓胀变形较大,需要较大孔径的试验设备。

    因此,进行聚乙烯土工膜气胀变形力学性质的研究,不仅可以解决聚乙烯土工膜气胀厚度设计的有关问题,还能更全面地认识聚乙烯土工膜应力变形的力学性质。


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