复合土工膜土石坝的设计和计算_顾淦臣.pdf

工程 技术水利规划设计20 0 0年 第4期复合土工膜土石坝的设计和计算顾淦臣(河海大学南京120 024)【摘要l本文对较缓坝坡和较陡坝坡 铺设复合土工膜防渗 的结构布置型式建议了不同的方 案。对复合土工膜水平铺盖的结 构布置型式以及设置排气排 水的逆止 阀作了建议。指出了几种不正 确的结构布置型式。提出了确定复合土工膜厚度的解析法和数值计 算法。对铺设在坝坡上的复 合土工膜及胶粘在坝坡上的复合土工膜的抗滑稳定计算方法作了论述。【关链词】复合土工膜水平铺盖逆止阀薄膜理论有限元法曲线交会法粘结力抗滑稳定工程结构布置砂卵石坝、堆 石坝、砌 石坝都可以用复合土工膜防渗。这些坝的边坡,可以按坝 的土 石料特性作稳 定计算确定,不取决于复合土工膜与土石料之 间摩擦系数的大小。有的人认为复合土工膜铺在坝的上游面,因复合土工膜与土石 料之间摩擦系数较小,必需平缓的坝坡才能稳定,从而增大 了坝的工 程量。这种概 念是不 正确的。应该采用工 程措施,解决复合土工膜的稳定问题,例如上游 堆石面浇筑薄层混凝土,用沥青或胶粘剂将复合土工膜粘 贴在混凝土面上。则边坡很陡的干 砌 石坝或堆石坝都可以用复合土工膜防渗。下面描述三种主要的结构布置型式。1.1上游坡复合土工膜防渗有两种不 同情况,采用两种不同的结构布置:一是坝坡较平缓,复合土工膜靠摩擦力就能稳定,结构布置相当简单。只要整平坝坡面,铺复合土工膜,其表面用块石护坡或顶制混凝土板护坡,见图1。这类坝多是砂卵石或砂质坝体。只要用推土 机把坡面推平,然后用斜坡振动碾或平碾压实坡面 形成为整平层,上面就可以铺复合土工膜。其趾部开挖地 基砂卵 石至基岩,浇筑混 凝土趾板。把复合土工膜端部的土工织物剥掉(订货时可要求1 0一1c 5m光膜边)光膜浇在混凝土趾板内。顶部也将光膜浇在混凝土 防浪墙的底板内。另一种是坝坡较陡,复合土工膜在斜坡上靠摩擦力不能维持稳定,要增加粘结力才行。这就需 要用胶粘剂把复合上工膜胶粘在坝坡 的 固坡 层上。对于不 同的坝 坡,可以选择 不同 的固坡层和 胶粘剂。例如堆石坝的坡面可用碎石找平,再用斜坡 振动碾压实。然后浇筑c 6m厚无砂混凝土。在铺设复合土工膜之前,刷乳 化沥青或热沥青,立即将复合土 工膜铺上,并在其上 压载砂袋,使之牢固粘合。砌石钡的坝面可用混凝土找平,然后用强力胶粘剂将复合土工膜胶粘在 混凝土面上。更陡 的坝坡,可用锚杆图1平缓坝坡铺复合土工膜防渗的结构布呈l一整平层;2一复合土工膜;3一垫层;4一块石护坡或预制混凝土板护坡5一混凝土趾板;6一防浪墙;7一砂质坝或砂卵石坝;8一砂卵石地基;9一岩基工程技术水利规划设计20 0 0年 第4期将复合土工膜锚入坝体。锚 杆 穿过复合土工膜处,可用胶 粘剂填 补 密实。复合土工膜上面的护坡,如果采用预制混凝土板,可 用乳化沥青或热沥青将预制混凝土 板粘结在复合土 工膜上。如 采用现浇混凝土板 护坡,其水泥砂浆会渗入 复合土 工膜的 土工织 物 中,能 牢 固粘结,粘结力可达20 OkN/mZ一2 5 0kN/mZ。在复合土工膜上喷 混凝土也是 一 种可取的护坡方案。喷 混凝 土的厚度,对于高坝,宜达 到2c 0m,对于低坝可采 用IOem。图2是堆石坝 上游坡 用复合土工膜防渗的坝断面和 细部 图示例。图2较陡坝坡胶粘 复合土工膜防渗的结构布置一例1一堆石找 平碾压后浇c 6m厚无砂混凝土;2一胶粘剂;3一复合土 工膜;生一胶粘剂;5一预制混凝土板;6一混凝土趾板;7一防浪墙;8一堆石坝体;9一砂卵石地基;l(J一基岩1.2复合土工膜铺盖 和上 游坡面防渗当透水地层很厚,开挖到岩基建 造混 凝土趾板工程量 太大时,可采 用复合土工膜水平铺盖与坝 坡复合土 工膜连接形成连续的防渗系统。砂卵石 层的容许渗透比降为0.1 0一。.1 5,则需 要渗径 长 度 为1 0H一6.6 7H。其中H 为坝前水深。如果坝体是用地 基相 同的砂卵石填筑的,则渗径长度是从铺盖前端到坝下游趾排水棱 体。如果坝体是堆石,则渗径长度是 从铺盖前端到铺盖末端。铺 盖前端埋置在 固定槽中,槽 内填筑 砂卵石。使前端不漂浮移动。铺盖面上 填压砂 卵石的厚度,需用 下述方法计算确 定:在水库水 位降落时,复合土工膜下面的渗透水 向前端和末端排 出,需要相 当 时间才能逐渐排出,所以膜下 的水压力消散很慢。而水库水位降落较快。以致膜下的水 压力大于膜上 的水压 力,会使复合土工膜被 顶托漂起,尤其是铺盖中部,上托水压 力远远大于膜上 面的水 压力。应该计算在水库水位下降的过程中,铺盖下各点的顶托压力过程。按照铺盖底 部与顶部水 压力 差的最大值计算确 定复合土工膜上应该压填砂卵石的厚度。这样算出的砂卵石厚度可能很厚。为了减小所填砂 卵石厚度,可在 复合土工 膜某些 部位 装置逆止阀,当底部 水 压力大 时,逆止阀向上排水。当顶部水 压力大时,逆止阀闭合,不 会向 下漏水。在水库 初蓄 水时,原来干燥的库床砂砾 石孔隙中气体会 因水渗入而 向上排出,会顶托复合 土工 膜使之漂浮,所以也需要逆止阀排气。为此,设置逆止阀是必 需的。概括地说,根据水库水位降落的过 程线和铺盖设 置逆止 阀的 位置 和数量,分时段计算铺 盖下渗透压力的分布。求同时段铺盖 下水压力和铺盖上水压力 的差值,按 各部 位各时段差值的最 大值计算铺盖上 各部位 填压砂 卵石的厚 度。坝坡面复合土 工膜结 构 布置与1.1相 同,当坝坡平缓,采用图1布置型式当坝坡 较陡,采 用图2布置型式。复合土工膜铺盖和坝坡防渗结构 布置见图3。1.3复合土工膜心墙砂 卵石坝、砂 坝、堆 石坝都可采 用复合土工膜心墙防渗,结构 简单。复 合土 工膜深埋坝 内,使 用寿命长。但不 易检修。坝坡 复合土工 膜 防渗型式使用寿命不 如心墙型式长,但老化或损 坏后,可再铺设一层复合土工 膜,容易修复。在心 墙部 呈折线型图3复合土工膜铺盖和坝坡防渗的结构布置(坝坡较平缓一例)l 一整 平层;2一复合土卜膜;3一垫 层;.委一块石护坡或预制混凝土板护坡;5一砂卵石填压 和保护层;6 一逆止阀;7一埋压槽;8一砂卵石坝体;9一防浪墙;1 0一砂卵石地基工程 技术水利规划设计2 00 0年第4期铺设,故比直线铺设增加材料 5 0%。但如果与上游坝坡为1:1.5的铺设材料相比较,心墙折线铺设所用材料还减省2 5%。心墙复合土工膜呈折线铺设的原因 主要是施工方便;并且折线型松弛,更能适应坝体变形不产生 较大拉应变和拉应 力。因为较大的拉应变和较高的拉应力会加速 土工合成材料老化。复合土 工膜心墙堆石坝 的结构布置 见图4。详图/”.矛,.亡丫.。.。户.碑:自.图4复合土工膜心墙堆石坝结构布置1一砂砾石垫层保护层;2一复合土工膜;3一砂砾石垫层保护层;4一堆石;5一堆石施工时稳定坡;6一混凝土截水连接墙;7一防浪墙;8一砂卵石地层;9一基岩复 合土工膜铺 设与堆石填筑 协 同进行,见图4左侧详图。工、I、l为填筑分层。“工左”为第1层左区,其高度即第1层填筑厚度,其斜坡为填筑碾 压的 稳定坡,压实后 在斜坡上铺3 0cm厚砂 砾石作过渡保护 层,拍 打密 实,然后铺设 复合土 工 膜。在其上再铺3 0cm厚砂砾石过 渡保护 层,拍打密实,然后填筑第1层 右区“I右”,碾压密实后,填筑第2层右区“l右”,碾压 密实后斜坡 上铺3 0cm厚砂卵石,拍 打密实,铺复合土工膜。在其上再铺3 0cm厚的 砂土石,然 后填筑第2层左区“l左”,碾压密 实后填筑“班左”。如此循 序填筑上升。这种施 工方 法,堆石填筑与复合土工膜铺设 没有干扰。如果 要把复合土工膜直立铺设,则必需用支架把复合土工膜吊起,然后 两侧填筑堆石。支架不能取出,故消耗钢材,且吊装时影响填筑,干扰施工。需要说明的是:浇筑在趾板混凝土、截水墙混凝土、防浪墙底座混凝土中的土工膜是光膜。向厂家订货时,可指明成卷货物 中两端一定 长度为无土工织物的单一 土工膜(即光膜)。14几种不正确的结构布置以前有几座土工膜和 复合土工膜土石坝,设计者为工程安全 着 想,采取了一些昂贵的工 程结构布置,但事与愿违。实践证明,这种布 置是不必要的,甚至是失败的。这里举几 个例 子。(1)捷克 多勃奇纳试验坝,是一座堆 石坝,坝坡1,.15,高1 0m。1960年建造,若把聚氯乙烯膜镶铺在上 游坡 防渗,则抗滑稳 定不足,乃用 波形 混凝土板银铺在堆石 坝坡上,波形 板 面上 刷沥青,贝占铺厚1.lm m聚氯乙烯膜,再在膜上刷沥青,把同徉的 波形板 压合其上。但由于坝体沉陷变形导 致波 形板变形,使聚 氯乙烯膜应力集中,观测 表 明有 多处破裂损坏。此较陡 坝坡与1.1第2种情况相同,可用图2的结构 布置,既节省资金、缩 短工期,又安全 可靠。(2)保加利亚1980年建成Radi,15:,o:堆石 坝,坝坡1:2,高4 0m。在堆石坝坡浇筑 r若干 条埋置式横梁,在其上铺混凝 上顶制板。将两面均 有 沥青橡胶膜保护的厚。.2mm的低密度聚乙烯膜铺在混凝土预制板上。上 面铺Zm只Zm太0.1 6m预制混凝土板作 护坡。实际 上这种平缓坝坡不需要横梁和顶制板,采用1.1的第1种形式 图1结构布置即可。该坝建造时,还没有复合土工膜,故可在坝坡整平层上浇筑薄层 无砂混凝土,将上述膜胶粘其上。可节省很多资金。(3)我 国有一座 堆 石 坝,坝 坡1:1.3,坝 高3 4m,坝坡整平压 实以后,铺复合土工膜。因坝坡陡,复合土工膜不稳 定,故浇筑 混凝土 框架压牢复 合上工膜。在框架空格内铺3 0cmx3c 0m只。.1 6m预制混凝土板护坡,每个 空格内最下面一排预制混凝上板搁在横框上。但上 面各排预制板 不稳定,发生 下滑拱凸现象。这种结构布置 不成功,又较昂贵,不如采 用1.1的第2种情况图2的结 构布置。5 1.工程技术水利规划设计20 00年第4期(4)有几座已成坝,为粘性土斜墙或粘性土 心墙砂砾石坝,由于粘性土特性不 良或压实标准太低,坝漏水需防渗加固。这些坝高度为 2 0一3 0m,上 游坝坡为1:2一1:2.5。加固方案为:斜墙坝 上游护坡及斜墙挖除或部分挖除,心墙坝则挖去上 游护坡及砂砾石的一部分。整平以后铺土工膜(光膜)。有些设计和 施 工人员怀疑土工膜 的防渗效果是 否可靠,故在土工膜上填筑粘土。但事与愿违,蓄水以后,到用水期水库水位降落,土工膜上填土全部滑落,这是因为渗过粘土的水被土工膜阻挡,滞留在土工膜与粘土之间,使该层粘土成泥浆,摩擦系数降至零,故水库水位降落时土工膜上的填土全部滑落。土工膜上应填筑透水性良好的砂砾石,蓄水以后,不 会 泥化,水库水 位降落时,砂砾石填 料 内的含水与水库水位同步下降,不增大滑动 力。丁=0.1 2 2户J。广了百(4)式中d 0不均匀 砂砾 石的平均孔隙直径(m),前苏联巴甫契奇认为d。=0.5 3 5nl/6n1一ndz7(5)2复 合土工膜或土工膜的厚度 计算及品种选择n砂砾石的孔隙率;d1 7特征颗粒直径,小于此粒径的重量比为17%。2.2用 曲线交会法计算复合土工膜或土工膜的厚度把可能比较选择 的复合土工膜或 土工膜进行拉伸试验,得到单宽拉 力一拉应变曲线,见 图5曲线及。把铺在孔洞上或窄缝上 的薄膜受荷载后 的单宽拉力一拉应变 曲线画在 上 述 同一 张曲线图上,见曲线。曲线是铺在宽km的 窄缝 上承受lo om水 头时的单 宽拉力一拉 应变曲 线。即b-oolm,户一9 8 Ikpa,代入式(2)得到T一2/了万的曲线韶书日、Z苦卜2.1铺在孔 洞或窄缝上面 的复合土工膜或土工膜的单宽拉力用薄膜 理论 推导得到川(1)正方 形孔洞上 的薄膜受到 水压 力P(ka P),薄膜发 生 的单位宽度拉 力(kN/m)为T一0.12 2p“/、/下(1)(2)长 条窄 缝上的薄膜 受到 水压 力P(ka P),薄膜 发生 的单位宽度拉力(kN/m)为了一0.204户占八/丁(2)式(1)、式(2)中T一一薄膜 的 单 位宽度 拉 力(kN/-n t);P一一薄膜上承受的水压力荷载(kPa)a一正 方 形孔洞的边 长(m);:薄膜 发生的拉应变;b一一长条 窄缝的宽度(m)。(3)级配 均 匀的卵石 上的薄膜 受 到 水 压 力P(kPa),由于均 匀卵石的孔 隙 直径等于卵石颗粒 直径的 1/5,即a一飞/sd代入式(1)得到薄 膜发 生的单位宽度 拉 力(kN/m)为了,一0.o24pd/丫百(3)式 中d一级配均匀的 卵石颗 粒直径(rl l)。(4)不均 匀级配的砂砾石上 的薄膜受 到 水压力p(kPa),薄膜发生的 单位宽 度拉 力(kN/m)为5 2/劝,eeo,.)1.图5曲线交会求复合土工膜或土工膜的抗拉 安全系数1一45。/1.oP V C/45。复合土 工膜T。曲线;2一40 0/0.15P E复合土工膜了一。曲线;3一窄 缝上的薄膜T 一2/了百曲线;注:45。、4。单位为g/mZ.1.。、0.巧单位为mm。曲线的断裂单宽拉 力 为 4 5kN/m,断 裂拉 应变 为 8 0%,曲线和曲线的交点 相对 应的 单宽拉力 为7kN/m,拉 应变为 1 0%。应力安全系数 为45/7一.64,应变安全 系数为80/10一8,曲线的断裂单宽拉力 为 g kN/m,断裂拉应变 为 4 6%,曲线和曲线的 交点相对应 的单 宽拉 力 为skN/m,拉应变 为1 4%。应 力安 全 系数为95/一1.8,应变安全 系数为46/14=3.5。工程技术水利规划设计20 0 0年第4期水利水 电工程 土工合成 材料应 用 技术规范SL/T252一98规定 土工合成材料的许可抗拉强度T口(kN/m)_1_la一不 万一万不一兀育一竿石一1户矛D厂CR尸Cl厂b D(6)式中T断裂抗拉强度,kN/m;I FD考虑 施工破 坏 影响 系数,对 堤 坝取1.12.0;Fc R考虑材料蠕变影响系数,对 堤 坝 取2.03.0;Fc D一考虑 化学 破 坏 影响 系数,对堤 坝取1.01.5。Fb D一一考 虑 生物破坏 影 响 系数,对堤 坝 取1.01.3。土工合成材料受 拉力时,高应 力水平时老化快,低应力水 平时老化慢,应力水平 超过 2 0%则聚合物结构缺陷区扩张,老化加快。应力水平限制在2 0%以下,则使用寿命可达10 0年以上。故受拉的复合土工膜,上述4种 系数乘积采 用5较为适当。根据上 述曲线交会法计算,450/1.OP V C/4 50复合土工膜 满足要求,而40 0/0.1 5P E复合土工膜不满足要求。2.3用有限元方法计算坝体应变,计算并选择复合土工膜的厚度及 品种如果复合土工膜或土工膜不是铺在孔洞、窄缝或 砂卵石上,而 是铺在无砂混凝土 上或沥青混凝土上,正如前面结构布置中较陡坝坡 图2所示那样,则膜与无砂 混凝土或沥青混凝土一起变形,发生相同的应变。有 了复合土工膜或土工膜的T。曲线,便可根据应变查得单宽拉力。此单宽拉力与断裂单宽拉力之比就是拉力安全系数,应变与断裂应变之比就是应变安全系数。由两种安全系数确 定此复合土工膜或土工膜是否满 足要求。我 们曾用二维 有 限元方法计 算 了石硬峪 沥青棍凝土斜墙堆石坝 的应 力应变,该坝高8 5m,为定向爆破堆石坝,上部是人工堆 石,最大横剖 面见图6。该坝建成 2 0多年来一 直漏水川。决定用复合 土工 膜防渗加 固。为此,对7种复合土工膜作了应 力和 安全 系数计算,借以选定 一种。坝体网格剖分成实体空 间单元183。个,接触单元17 5个,接缝单元3个。结点 总数2 1 2 9个,分6级 加荷,第一级为坝基坡积土和砂卵石冲积 层,第二级为爆破堆石体,第三级 为人工堆石体,第四级为沥青混凝土斜墙并将水位加至70 0m,第五级将水位 加至72om,第六级将水位加至731m。见图6。图6某沥青混凝土斜墙堆石坝最大横剖面单位m材料的E一B模型参数,坡 积土、砂卵石冲积层是取样进行三轴试验得到的。沥青混凝土的抗压强度、弹性模量、泊松比、摩擦系数、粘结力是 在坝面斜墙 凿取试样进行抗压和直剪试验得 到的,堆石参数是根据文献资料类比确定的。各种参数见表1。沥青混 凝土 的起始抗压 强度为0.5 05MPa,极限抗压强度为1.1 2MPa,抗拉强度 为。.3MPa。三维有 限元计算得 到坝体坝基的应 力、应变、变形分布以及 沥青混 凝土斜墙 和 复合土工膜的应变、应力、变形分 布。在 7 2Om水 位,沥青混凝土斜墙最大压应 力1.1 1MPa,最大拉应力1.1 7MPa,在731m水位,最大压应力2.3 8Ma P,最大拉应力1.1 2 MPa,超过 了抗压 强度和抗拉强度,因而 压碎或拉裂,导致裂 缝漏水,这些部位与多年来裂缝漏水的部位基本一致。对7种复合土 工膜作了常规项目1 3项 测试并由 电子拉力 机自动绘制其纵 向 和横向的T一。曲线。这7种复合土工膜是:3 50/0.4PV C/3 50、20 0/0.SPVC/3 0 0、450/1.OPVC/4 50、500/1.OPV C/50 0、450/1.OP E/450一1、450/1.OP E/4 50一2、500/工程技术水利规划设计200 0年 第4期1.OPE/50 0。计算铺在斜墙 上 的复合 土工膜单宽拉 力 的方法是:根据沥青混 凝土斜墙的应 变值在T一:曲线上查得单宽拉力T值。该复合土工膜的断裂单宽拉力Tat n、与T的比值为应力安全系 数即K=Tma x/T(7)图7是7 31m水位沥青混凝 土斜墙的拉应变等值线,最大拉 应变为0.1 36,7 20m水位下 沥青混凝土斜墙的拉应变 等值 线示 示,其最大 拉应变为0.08 6。表1材 料的E一B模型参数材材料料人工堆石石晦破堆石石坡积料料 冲积料料 沥青混凝土土K K K K K50 0 0 070 0 0 0104 4 44 50 0 03 17 7 7R R Rf f f0.7 2 2 20.79 9 90.70 0 00.8 1 1 10.47 7 7n n n n n0.2 5 5 50.30 0 00.60 0 00.40 0 00.33 3 3K K K。2 50 0 03 50 0 064 4 42 50 0 020 0 0 02 2 2刀刀0.0 0 00.0 0 00.4 4 40.3 3 30.25 5 5K K K“r r r10 0 0 0 01 300 0 02 10 0 090 0 0 060 0 0 0n n n“r r r0.12 2 20.1 6 6 60.30 0 00.20 0 00.20 0 0中中。(度)4 4 4 44 6 6 63 6 6 645 5 532 2 2中(度)8 8 89 9 9O O O8 8 86 6 6丫丫了(kN/m3)20.8 8 82 1.5 5 517.4 4 418.5 5 524.0 0 0i主:混凝土防渗墙E 一2。MPa,二一。.1 7一50.0 0垂直坝轴一1X().00线坐标(m)一150.0 0了 礁公令尹/0.00白0.00100.0 0150.0()200.0()250.00平 行 坝 轴线坐标(m)图773 lm水位下沥青混凝土斜墙拉应变等值线(%)图8是4 50l/.oPV c/45 0复 合土工膜 的 纵 向(经 向)T一。曲线,图9是 4 50/1.oPVC/4 5。复合土工膜的横 向(纬 向)T一。曲线。由沥青混凝土斜墙 的_竺乙_T max=刁J加已、Z名卜加们a、Z 月卜连2留10t.S 二的即e(%)e./)图84 50/l.OP V C/450复合土工膜经向T E曲线图9450/l.O PVC/450复合土工膜纬向T一曲线工程 技术水利规划 设计20 0 0年 第4期最大拉应变在曲线上查得相应的单宽拉力T,标在图上,曲线的Tm a、也标在图上。由图上所标数据计算得到各种水 位荷载下的安全系数为:(l)720m水位经向应力安全 系数K一4 6/8.6一5.3 5,应变安全 系数K一808/.6一9.3。纬 向应力安全 系数K一4 4/5.2一8.5,应变安全 系数K一93/8.6一1 0.8。(2)7 3 lm水位经 向应力安 全 系数K一吐6l/2.2一3.8,应变安 全系数K一8。l/3.6一5.8 8。纬向应 力安全 系数K 一4 4/7.8一5.6,应变安全系数K一9 3/1 3.6一6.8。要求应 力安全系 数和 应变安 全 系数达到5,上述计算表明 7 20m水位时,这种复合土 工膜满足要求。7 31m水位时,经向应 力安全系数不 足,故 复合土 工膜还 应 加厚。后来试制了50 0l/.oPV C/50 0复合土工膜,再进行拉伸试验和计算,经向纬向都满足要求。前述7种复合土工膜,都作了试验和计算,除了上述 5 0 0/1.oPVC/50 0满足要求外,其余6种都不满足。我们发现450/1.oP E/450及50 0/1.oP E/500复合土工 膜的拉伸曲线从起 始到应变1 0%这一段初始弹模很大,然后有一屈服阶段,再以非线性曲线上升。见图 1 0。应 力安全系数K4 4.6l/0.6一4.2,应变安全系数K=8 6/8.6=10。应变1 3.6%对应的T=1 3.4,应力安 全 系数K一4 6.51/3.4一3.8,应变安全系数K-86/1 36=63。即72Om、7 3 1m两种水位下,这种复合土工膜应力 安全 系数都不满足要求。它的纬 向T与图 1 0相似,也不满足要求。图略。产 生这种有屈服段的T:曲线的原因,可能是因为PE复合土工膜是二 次 成形 的。它是用现成的P E膜再加热与土工织物热合而成。二次加热使PE膜刚度增大,故 初始弹模增大。而PV C复合土工 膜是一 次 成形 的,故无 这种现 象。上 述原因是否正确尚待深 入探讨。3坝坡铺复合土工膜的抗滑稳定.31平缓坝坡铺复合土工膜结构形式见图1。(l)复合土 工膜与整平 层之 间只要计算施 工期的稳定,蓄水以后,水 压力使复合土工膜对 整平层施 加很大压力,所以抗滑 安全系数很大,不 必计算。施工期抗滑稳 定安全 系数为We osafWsinaftga(8)(%)厂厂_ _ _ _川川川川式中W复合土工膜及其上部的垫层 和护 坡的质量;a上游坡 与水平面的夹 角;f一一复合土工膜与整 平层(砂 卵石)间峥擦系数。在0.4 8一0.6 2之 间。砂卵石粒径粗者 f值大,最好 根据试验确 定。(2)块石护坡 垫层与复合土工膜之 间施工期抗滑 稳定安全系数公式与式(8)相同,其中W 为块石护坡 和垫 层的质量。f 为垫 层(砂 砾石)与复合土工 膜之 间的摩擦系数。水库水位降落期,根据块石 护坡和垫 层的排水性分为两种情况;块石 护坡 和垫层排水通畅水库水 位降落时块石 护坡和 垫 层 内水位与库水 位同步 下降,不发 生渗透水压 力,则翻翻通蛋l场堆址.图10450/1.OPE/4 50复合土工膜经向T:曲线Woeos afWosinaf-tga(8)由于复合土工膜在 实际应用中应变大多在8写一2。%之 间,因而它对应的单宽拉力较高,故安全系数较 小,如图1 0曲线,应变8.6%对应的了一1 0.6,式 中W。一一护坡和 垫 层的湿质量;f一垫 层砂砾石与复合土工膜之 间的摩擦系数。区一块石护坡和 垫层 排水不畅水库水位降落时.5 5.工程技术水利规划设计20 0 0年第4期块石 护坡和垫层 内水位降落 很 慢,存 在 渗透水压力FmoiA万,其中m。为 由于 土 粒接触而 减小渗透水的系数,采 用m。一0.5,i为渗透水力比降,认为渗透水流平行于坝坡 面,而iSia n,A为 块石 护坡和垫 层的截面 积,y为水的容重,故F一0.ssinaA,。yoAeosaf一yoAsina+0.ssinaA,合,Sin一板底部总浮托力为尸一告,2n一见图11。板的质量为W二c ylt,其中了为水容量,y。为混凝土容重,l为板长,t为板厚,若混凝土预制板与复合土工膜摩擦系数为f,胶粘剂与板 的粘结力为c,有效胶粘面积 系数为n,则抗滑稳定安全 系数为(Weosa一P)f+cnlfy、ga(1+O5瓦)(9)将w和尸的值代入,Wsina整理 后得到式 中7、一块石 护坡和 垫 层的平均 饱 和容重;A块石护坡和 垫层 的截面 积;7水 的容重;其余符号意义同前。3.2较陡坝坡铺设复合 土工膜结构形 式见图2。(1)复合土工膜与无砂混凝土之 间只要计算施工期的稳定。蓄水后 水压力使 复合土工膜对 无砂混凝土 施加很 大压力,做安 全系数很大,不必 计算。施工期抗 滑稳 定安 全系数 为71,.c 儿入一“ga一不 不二J+丁二兀兀以l)生,详Ic,1 11“图1 1预制混凝土板的力系Wcosaf一+。L.fcL一许一寸石二即,l产laIga侨s lna(10)式 中环一复合土工膜及 其上面 的预 制混 凝土板护 坡(或 其他护坡)的质量;胶粘 剂的粘结 力,如用沥青胶 粘.,0.2 5MPaIJ-一卜游 坝坡 的 斜坡 长 度,即 复合十工膜胶粘长度。其 他符号意义与前相同。(2)预 制混凝土 板护坡 与复 合土工 膜之间施丘期抗滑稳定 安全 系数公 式与式飞。)相同,但 W 是 预制混 凝土板的质量,不包 含 夏 合土工膜的质量。水库蓄水后,预制混凝土 板淹 在水中。如果板底部 与 复合土工膜 胶粘牢 固,没有 水渗入其 间,则不必计算 其抗 滑稳 定如果胶 粘质 量不理想,有局部渗水渗到板 底 下,则板 下浮托 力小J几板上水压力,故抗 滑稳 定 安全系数还是 大少施厂期,也不 必i卜钟-水库 水位降落 时,如果板 下局部 因胶粘质壁不理 想而有浮托 力,则应i十算抗滑稳定。如果各块预制 混凝上板之间的接缝开敞.排水通畅,则板周边无浮托力,板中部的单位 浮托力为P-例:某复合土工 膜面板堆石坝,用预 制 混凝土板护坡.板尺寸 为。.sm只 o.sm.厚。.巧m坝 坡a一3 3.70.丫一24kN厂m3,丫一10kN厂m弓,f一0.6 2.。-1()OkNm竺,一0.5,11一算得至,lK一(1.49 9一0.347)火0.62丰2 5一25.7 1可见,如不胶 粘,则安 全 系数只有。.7 1,即使没 有浮托力,安 全系数 也只有。.9 3。而考虑粘结 力,就有很大 安 全系数。预制混凝土板与复合土工膜的胶粘、复合土工膜与无砂混凝 土的胶粘,都可以用乳 化沥青或 热沥青,须要注意的是,如用热沥青胶粘,则复合土 工膜两面的织物应选 用聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚醋 纤维。这些纤维能承受14oC以上温 度不收缩,不要选用聚氯乙烯纤 维,它在 7 0C就收缩参考文献二l二顾淦臣.承压 仁卜膜厚度计算的研究.全国第几届土I一合成材料 学术 会议论文选 集.天津尺学 出 版社、1992年l()月厂2,李新强,石眨峪水库 尺坝漏水分析与应急抢险卜程措施.中国科学技术文库.建筑T一程水利I一程卷.科学技术文献出版社(作者:顾淦臣教授)