[發明專利]一種土工膜免受破壞的顆粒墊層合理粒徑選配方法

有效

• 申請號: 202010082155.X
• 申請日: 2020-02-07
• 公開（公告）號: CN111175141B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 岑威鈞;都旭煌;文震宇;王輝
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

本發明公開了一種土工膜免受破壞的顆粒墊層合理粒徑選配方法，包括步驟為：通過開展水壓作用下不同顆粒粒徑墊層上土工膜受壓局部變形破壞試驗，建立土工膜顆粒墊層允許最大粒徑與上覆壓力關系式；繪制顆粒墊層允許最大粒徑與上覆水壓的關系曲線，確定土工膜免受局部水壓頂破的顆粒墊層粒徑的安全區和破壞區；利用繪制的關系曲線，根據實際工程中土工膜承受的水壓力，確定土工膜免受破壞的墊層顆粒允許最大粒徑，進而按照級配連續要求選配顆粒墊層合理粒徑組成。本發明對指導土工膜避免受壓局部變形破壞時的墊層設計具有重要的科學研究意義和工程應用價值。

技術領域

本發明涉及水利工程施工領域，特別是一種土工膜免受破壞的顆粒墊層合理粒徑選配方法。

背景技術

土工膜因具有防滲性能好、適應變形能力強、工程造價低及施工速度快等優點，已廣泛應用于大壩、庫盤、蓄水池、垃圾填埋場等防滲工程。在土工膜防滲結構中，土工膜常鋪設于顆粒墊層料之上。不同類型的土工膜防滲工程，對墊層料的要求有所不同。一般地，膜后墊層通常采用砂礫料和砂卵石料等顆粒材料。當土工膜蓄水后，顆粒墊層上的土工膜會在墊層顆粒之間的空隙內發生局部下凹變形。墊層顆粒粒徑越大，土工膜局部下凹變形越大。若該變形超過土工膜變形允許值，則土工膜被頂破，導致防滲失效。可見，土工膜抵抗水壓頂破變形能力與下墊層顆粒粒徑有顯著關系。

因此，基于水壓作用下不同顆粒粒徑墊層上土工膜受壓局部變形破壞試驗，建立土工膜破壞時下墊層顆粒粒徑與上覆壓力的數學模型，根據數學模型可對土工膜顆粒墊層粒徑進行合理取值，對指導土工膜合理墊層設計具有重要的科學研究意義和工程應用價值。

現有技術存在如下不足：

1.現有SL/T235-1999《土工合成材料測試規程》中土工膜頂破標準試驗采用固定尺寸的單一圓球或圓柱形頂桿，不能模擬水壓作用下顆粒墊層上土工膜的局部變形行為，與實際工程中土工膜的工作性態完全不符。

2.現有技術中的一些含墊層的土工膜頂破試驗，未考慮水壓作用下墊層形狀和大小對土工膜受壓局部變形破壞特性的影響，不能有效反映真實墊層顆粒作用。同時現有技術僅測試土工膜的局部受壓破壞強度，試驗結果單一，不能用于土工膜上覆壓力已知情況下墊層合理粒徑的選擇。

3.目前尚無數學模型可用于土工膜墊層顆粒最大允許粒徑的選擇，確保運行期水壓作用下顆粒墊層上土工膜局部水壓頂破。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種土工膜免受破壞的顆粒墊層合理粒徑選配方法，該土工膜免受破壞的顆粒墊層合理粒徑選配方法通過不同顆粒粒徑墊層上土工膜受壓局部變形破壞試驗，建立土工膜顆粒墊層允許最大粒徑與上覆壓力關系式；繪制顆粒墊層允許最大粒徑與上覆水壓的關系曲線，確定土工膜免受破壞的顆粒墊層粒徑的安全區和破壞區；利用繪制的關系曲線，根據實際工程中土工膜承受的水壓力，確定土工膜免受局部水壓頂破的墊層顆粒允許最大粒徑，進而按照級配連續要求選配顆粒墊層合理粒徑組成。本發明對指導土工膜避免受壓局部變形破壞時的墊層設計具有重要的科學研究意義和工程應用價值。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種土工膜免受破壞的顆粒墊層合理粒徑選配方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1，建立土工膜下墊層顆粒允許最大粒徑D_s與上覆壓力p的數學模型：針對設定厚度的土工膜，開展水壓作用下土工膜受壓局部變形試驗。在土工膜受壓局部變形試驗時，通過改變土工膜下墊層顆粒允許最大粒徑D_s值，獲得不同墊層顆粒允許最大粒徑D_s與對應上覆壓力p的定量關系，從而建立D_s與p的數學模型。