土工膜厚度

土工膜厚度土工膜厚度
　　强调土工膜要有一定厚度是基于下列考虑:(1)保证其有足够不透水、不透气性；(2)有抵抗破坏的能力，例如对HDPE膜，擦痕深至全厚的25%，屈服强度可能降低25%，破坏应变甚至减小7%至14%；(3)便于焊接,土工膜要求厚度应根据沉降等原因引起的变形量来计算，但还要考虑施工条件及偶然荷载等因素，通常厚度应不小于0.5mm，而且厚度的不均匀不宜超过±10%。
　　2.2接缝强度
　　一般说来，接缝强度总较土工膜本身的强度为低，尤其是在现场焊接，焊缝质量更难保证，故在焊接后应切样检测，检测方法有二种，即剪切试验与剥离试验，一般要求剪切强度应不低于原材料的80%。
　　2.3沟锚深度要求
　　用土工膜作边坡衬砌，当其向上延伸到坡顶时，通常的作法是在离坡边一定距离L处挖浅沟(深dj)，将膜埋入，并以原地土回填夯实，目的是防止土工膜下图1锚沟深度计算，坡顶土工膜上有时有覆盖土，有时不铺土Z这里要探讨的问题是针对具体条件，确定沟埋深度dr，长度L一般可不大于1m(无覆盖土时可以更短)，可以用简化的极限平衡法大致估算。
　　        
　　                            如图1所示，取安全系数为Fs，按∑FX=0，有
　　(1)
　　式中的T=σyt，其中Ry为土工膜屈服强度，t为其厚度；PA、PP分别为沟内作用于膜的主动、被动土压力；Fu、Fi分别为膜上与膜下的摩擦力；其它符号意义示于图1中,通过验算，一般取dr=1m已相当保守。
　　2.4覆盖土层稳定性
　　土工膜上有覆盖土层时，土体由于重力易于下滑，覆盖土有等厚度与变厚度之分，其稳定性核算易于按极限平衡条件求解。
　　2.4.1等厚度覆盖土层
　　等厚度覆盖土层稳定安全系数Fs按定义为
　　(2)
　　式中的δ为填土与土工膜的摩擦角。
　　2.4.2不等厚度覆盖土层
　　图2(b)为作用于土层的力系，在分析稳定性时可将整个土层分为主动楔和抗力楔，然后按楔体平衡原理核算其安全系数F,具体方法为:(1)由已知土料的内摩擦角φ和δ求取不同安全系数Fs时的相应值φ/Fs和δ/Fs；(2)对主动楔，以土楔重WA、膜面反力FA(与坡面法线呈δ/Fs角)绘制力平衡多边形(令作用于垂直面mn上的反力EA平行于坡面)，可以得到两楔界面上的反力EA；(3)对抗力楔，以其重量WNB来自主
　　
　　
　　图2覆盖土层稳定性核算
　　
　　动楔的EA和楔底反力FNB(作用方向与楔底法线呈φ/Fs角)，同样绘平衡力三角形，但发现，为使该三角形封闭，界面反力尚缺△E(△E=ENB-EA)；(4)针对每一假定的Fs，可按上述步骤求得相应的△E；(5)绘制Fs～△E曲线，则相应于△E=0的Fs即为覆盖土层的抗滑安全系数。
　　2.5边坡的整体稳定性
　　以土工膜作衬砌的边坡也需要校核其整体稳定性。假设滑坡沿圆弧，则可能的滑弧位置如图3中的(Ⅰ)至(Ⅳ)。显然图3中的(Ⅰ)、(Ⅱ)两种情况与土工膜无关，可以直接采用人们熟知的条分法或稳定数法验算；对于(Ⅲ)与(Ⅳ)，如果膜上有覆盖土，膜中会存在拉力，而滑弧如要切断土工膜，将受到拉力抵抗，故在稳定验算中，拉力T将参加到抗滑力矩中，有助于提高稳定性,写成计算式则为
　　(3)
　　式中的T为土工膜中拉力，T=σYt，其中σY为土工膜的屈服强度，t为土工膜厚度；X为拉力T对滑动圆心的力臂，其最大值等于滑动圆弧半径R。
　　                         
　　                                                图3衬砌边坡稳定核算
　　可见这里滑弧上部土工膜为土坡稳定提供了一个抗滑力矩增量TX，而滑弧底部土工膜的拉力则对抗滑无明显作用Z如果采用的是土工膜与土工织物组合材料，则土工织物中的拉力当然也应包括在T值之中。
　　3结论与体会
　　通过以往土工膜的应用实践可知，选用土工膜材料时，除了应使其满足正常荷载下的强度和变形要求的力学性质外，特别要注意以下各种因素:
　　(1)温度，即耐高、低温的能力，温度长期过高，会产生明显蠕变，过低将会使材料变脆，同时难以保证焊缝质量，通常认为应保证土工膜在45℃和-25℃范围内能正常工作；
　　(2)化学抗力，当土工膜与含酸、碱、盐及重金属离子的流体或固体废料长期接触时，可能产生不同程度的化学反应，尤其是对焊缝材料，应通过相应试验来论证膜料的抗力；
　　(3)排气保护，如果土工膜衬砌下土体中或固体废料中会有气体产生，应设法将其排除，为此，最好采用土工膜和针刺土工织物粘贴的组合材料，土工织物具有输气功能，这种材料还兼有保护土工膜和增加其表面摩擦的作用；
　　(4)施工和风力荷载。
　　设计中应考虑使用土工膜的具体条件:
　　(1)对堆石坝，在块石间可能存在较大孔隙，混凝土坝表面虽较平滑，但有施工缝与伸缩缝及碾压混凝土坝的表面一般不光滑，有较大孔隙与缝隙，在高水压力作用下，土工膜可能引起过大变形，宜采用加筋土工膜或上述土工膜与土工织物的组合材料，且应通过相应试验来论证；
　　(2)需要考虑不均匀沉降对土工膜变形的影响；
　　(3)应注意土工膜的表层保护，对于缓坡，可采用薄混疑土板；对于陡坡，可以采用喷浆，同时以土工格栅加筋，对于垂直坡，一般可不要保护；
　　(4)土工膜表面摩擦系数较低，HDPE的效益比(土工膜与砂土摩擦角的正切对砂土本身内摩擦正切的比值)约为0.58，PVC的可达0.88，设计中应验算土工膜在斜坡上的稳定性和膜上覆盖土层的稳定性，最好是采用两面均贴有针刺土工织物的组合土工膜，对于陡坡，土工膜的上端应埋入坡顶沟槽内。
　　强调土工膜要有一定厚度是基于下列考虑:(1)保证其有足够不透水、不透气性；(2)有抵抗破坏的能力，例如对HDPE膜，擦痕深至全厚的25%，屈服强度可能降低25%，破坏应变甚至减小7%至14%；(3)便于焊接,土工膜要求厚度应根据沉降等原因引起的变形量来计算，但还要考虑施工条件及偶然荷载等因素，通常厚度应不小于0.5mm，而且厚度的不均匀不宜超过±10%。
　　2.2接缝强度
　　一般说来，接缝强度总较土工膜本身的强度为低，尤其是在现场焊接，焊缝质量更难保证，故在焊接后应切样检测，检测方法有二种，即剪切试验与剥离试验，一般要求剪切强度应不低于原材料的80%。
　　2.3沟锚深度要求
　　用土工膜作边坡衬砌，当其向上延伸到坡顶时，通常的作法是在离坡边一定距离L处挖浅沟(深dj)，将膜埋入，并以原地土回填夯实，目的是防止土工膜下图1锚沟深度计算，坡顶土工膜上有时有覆盖土，有时不铺土Z这里要探讨的问题是针对具体条件，确定沟埋深度dr，长度L一般可不大于1m(无覆盖土时可以更短)，可以用简化的极限平衡法大致估算。
　　        
　　                            如图1所示，取安全系数为Fs，按∑FX=0，有
　　(1)
　　式中的T=σyt，其中Ry为土工膜屈服强度，t为其厚度；PA、PP分别为沟内作用于膜的主动、被动土压力；Fu、Fi分别为膜上与膜下的摩擦力；其它符号意义示于图1中,通过验算，一般取dr=1m已相当保守。
　　2.4覆盖土层稳定性
　　土工膜上有覆盖土层时，土体由于重力易于下滑，覆盖土有等厚度与变厚度之分，其稳定性核算易于按极限平衡条件求解。
　　2.4.1等厚度覆盖土层
　　等厚度覆盖土层稳定安全系数Fs按定义为
　　(2)
　　式中的δ为填土与土工膜的摩擦角。
　　2.4.2不等厚度覆盖土层
　　图2(b)为作用于土层的力系，在分析稳定性时可将整个土层分为主动楔和抗力楔，然后按楔体平衡原理核算其安全系数F,具体方法为:(1)由已知土料的内摩擦角φ和δ求取不同安全系数Fs时的相应值φ/Fs和δ/Fs；(2)对主动楔，以土楔重WA、膜面反力FA(与坡面法线呈δ/Fs角)绘制力平衡多边形(令作用于垂直面mn上的反力EA平行于坡面)，可以得到两楔界面上的反力EA；(3)对抗力楔，以其重量WNB来自主
　　
　　
　　图2覆盖土层稳定性核算
　　
　　动楔的EA和楔底反力FNB(作用方向与楔底法线呈φ/Fs角)，同样绘平衡力三角形，但发现，为使该三角形封闭，界面反力尚缺△E(△E=ENB-EA)；(4)针对每一假定的Fs，可按上述步骤求得相应的△E；(5)绘制Fs～△E曲线，则相应于△E=0的Fs即为覆盖土层的抗滑安全系数。
　　2.5边坡的整体稳定性
　　以土工膜作衬砌的边坡也需要校核其整体稳定性。假设滑坡沿圆弧，则可能的滑弧位置如图3中的(Ⅰ)至(Ⅳ)。显然图3中的(Ⅰ)、(Ⅱ)两种情况与土工膜无关，可以直接采用人们熟知的条分法或稳定数法验算；对于(Ⅲ)与(Ⅳ)，如果膜上有覆盖土，膜中会存在拉力，而滑弧如要切断土工膜，将受到拉力抵抗，故在稳定验算中，拉力T将参加到抗滑力矩中，有助于提高稳定性,写成计算式则为
　　(3)
　　式中的T为土工膜中拉力，T=σYt，其中σY为土工膜的屈服强度，t为土工膜厚度；X为拉力T对滑动圆心的力臂，其最大值等于滑动圆弧半径R。
　　                         
　　                                                图3衬砌边坡稳定核算
　　可见这里滑弧上部土工膜为土坡稳定提供了一个抗滑力矩增量TX，而滑弧底部土工膜的拉力则对抗滑无明显作用Z如果采用的是土工膜与土工织物组合材料，则土工织物中的拉力当然也应包括在T值之中。
　　3结论与体会
　　通过以往土工膜的应用实践可知，选用土工膜材料时，除了应使其满足正常荷载下的强度和变形要求的力学性质外，特别要注意以下各种因素:
　　(1)温度，即耐高、低温的能力，温度长期过高，会产生明显蠕变，过低将会使材料变脆，同时难以保证焊缝质量，通常认为应保证土工膜在45℃和-25℃范围内能正常工作；
　　(2)化学抗力，当土工膜与含酸、碱、盐及重金属离子的流体或固体废料长期接触时，可能产生不同程度的化学反应，尤其是对焊缝材料，应通过相应试验来论证膜料的抗力；
　　(3)排气保护，如果土工膜衬砌下土体中或固体废料中会有气体产生，应设法将其排除，为此，最好采用土工膜和针刺土工织物粘贴的组合材料，土工织物具有输气功能，这种材料还兼有保护土工膜和增加其表面摩擦的作用；
　　(4)施工和风力荷载。
　　设计中应考虑使用土工膜的具体条件:
　　(1)对堆石坝，在块石间可能存在较大孔隙，混凝土坝表面虽较平滑，但有施工缝与伸缩缝及碾压混凝土坝的表面一般不光滑，有较大孔隙与缝隙，在高水压力作用下，土工膜可能引起过大变形，宜采用加筋土工膜或上述土工膜与土工织物的组合材料，且应通过相应试验来论证；
　　(2)需要考虑不均匀沉降对土工膜变形的影响；
　　(3)应注意土工膜的表层保护，对于缓坡，可采用薄混疑土板；对于陡坡，可以采用喷浆，同时以土工格栅加筋，对于垂直坡，一般可不要保护；
　　(4)土工膜表面摩擦系数较低，HDPE的效益比(土工膜与砂土摩擦角的正切对砂土本身内摩擦正切的比值)约为0.58，PVC的可达0.88，设计中应验算土工膜在斜坡上的稳定性和膜上覆盖土层的稳定性，最好是采用两面均贴有针刺土工织物的组合土工膜，对于陡坡，土工膜的上端应埋入坡顶沟槽内。