[發明專利]一種膜下排氣盲溝及其設計方法

有效

• 申請號: 202111054891.5
• 申請日: 2021-09-09
• 公開（公告）號: CN113914291B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 曹雪山;袁俊平;丁國權;邱豪磊;胡有方;吳琦;沈正茂;廖志彬;白鷺;黨仕全
• 申請（專利權）人: 河海大學;銀川中鐵水務集團有限公司
• 主分類號: E02D3/10
• 分類號: E02D3/10;E02B3/16
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種膜下排氣盲溝的設計方法，所述盲溝用于排出水庫鋪膜防滲工程土體中的氣體，為棋盤式結構，由每兩條橫向盲溝和每兩條縱向盲溝之間圍出邊長相等的矩形土體單元；其特征在于，所述方法包括如下步驟：

(1)根據地下水位確定設計埋深H；

(2)計算水庫中部膜下土體單元的需要排出膜下氣體體積量Q_a；

水庫中部膜下土體單元的需要排出膜下氣體體積量按下式預估：

式中η為土中氣體體積殘余系數，是指膜下土體氣體殘余體積與總孔隙氣體積比值，其中土體氣體殘余體積為總孔隙氣體積扣除直接運移至盲溝的氣體體積的值；ρ_p為在壓力p條件下氣體的密度；g為重力加速度；e為膜下土體平均孔隙比；S_r為飽和度；S為盲溝間距，即水庫中部土體單元的邊長；H為地下水位設計埋深；

式中ρ_p通過理想氣體狀態方程換算，計算式為：

式中T為膜下氣體溫度，單位為攝氏度；p為膜下氣體相對大氣壓力的壓力示數，即相對壓力；μ為膜下氣體分子的摩爾質量；

(3)計算水庫中部膜下土體單元的四周盲溝的排氣能力Q_ak；

膜下土體單元的盲溝排氣能力Q_ak計算式為：

Q_ak＝8k_aht_aΔp (3)

式中k_a為膜下土體單元排氣系數；t_a為允許膜下土體單元排氣時間；Δp為膜下土體單元中心至盲溝之間的氣壓差；

(4)根據水庫中部膜下需要排出的膜下氣體體積量Q_a不大于盲溝排氣能力Q_ak確定最小盲溝間距；所述盲溝間距為相鄰兩盲溝的中心距離；

按下式確定排氣盲溝間距S的最小值：

式(4)表明增大排氣盲溝間距的因素主要是土體具有較大的排氣系數k_a、盲溝深度h、允許排氣時間t_a及允許膜上氣壓差Δp；而氣體密度ρ_p、地下水埋深H增大，相應需減小盲溝間距；

(5)確定盲溝材料結構和空隙體積率的設計指標；

膜下土體單元及盲溝材料介質的設計指標包括有效飽和度、滲氣系數、允許膜下土體單元排氣時間和允許膜上氣壓差，其中有效飽和度S_e按下式計算：

式中，S_r為介質的飽和度；S_rl為殘余飽和度；

滲氣系數k_a與飽和度相關，由經驗公式確定：

式中，k_d為干燥狀態下土體滲氣系數；λ為與土體飽和度相關的土水特征曲線斜率；

允許膜下土體單元排氣時間t_a不大于地下水位上升時間t_w，即t_a≤t_w，其中t_w的計算式為

式中，v_w為地下水位上升速度；

所述允許膜上氣壓差Δp根據膜上覆土層厚度和覆土濕容重確定。

2.根據權利要求1所述的膜下排氣盲溝的設計方法，其特征在于，所述盲溝中布設一條直徑不小于100mm的土工盲管，截面為蜂窩煤狀；所述土工盲管外包土工布，周邊回填碎石，所述盲溝外包一層土工布。

3.根據權利要求1所述的膜下排氣盲溝的設計方法，其特征在于，所述盲溝截面尺寸為建基面下盲溝深度h，寬度b，盲溝截面面積A為b·h，所述深度h和寬度b均不小于30cm。