土工膜防渗应用原理研究

尽管中国对库坝防渗膜的应用机理研究尚未达到系统的程度，但长期以来一直从未停顿。从20世纪80年代开始，一些研究机构除了对防渗膜的物理力学性能进行测试研究外，对应用原理也开展了较为深入的研究。

（1）阶段性梳理、总结

在20世纪80年代，结合长江三峡工程围堰的前期研究，对当时国外土工膜防渗大坝的应用及其原理

进行了较为系统的梳理和归纳，

为中国水库大坝土工膜防渗工程兴起提供了应用理论基础；1994年出版《土工合成材料应用手册》，其中关于库坝土工膜防渗工程，从理论到实践均较为贴切地反映当时的实际技术水平，2000年又增添新的内容再版；新世纪初，对国内经过了近二十年发展的库坝土工膜防渗工

程技术进行了梳理、总结，

发挥了承前启后的作用；2015年综述了国内外高面膜堆石坝工程技术发展，对关键技术问题进行归纳、提炼，为国内高面膜堆石坝发展提供支持。

（2）土工膜材料特性研究 

在20世纪80年代，结合长江三峡工程围堰的前期研究，对高强度的加筋合成橡胶土工膜的物理力学性能开展试验研究；20世纪90年代中国土工膜的品种趋多，塑料类复合膜应用普遍，一些研究机构对不同膜型的物理力学特性及其与不同接触材料的界面特性进行了试验，取得较多测试成果；1993年由试验获知，由于膜与织物的变形模量、特征延伸率不同以及两者的复合牢固度不同，复合膜表现出完全不同的性能。当牢固度为适当值时，就表现出拉伸变形的“蝉脱壳”效应，即复合膜最终可获得纯塑料膜的极限伸长率，十分适合施工期和运行期不同受力变形需求；1998年试验研究表明，复合土工膜中布和膜的复合紧密程度对其力学特性有显著的影响, 其中对拉伸特性影响最大，顶破特性次之, 而对梯形撕裂强度的影响较小；复合土工膜中膜的变形率对复合土工膜的抗液胀性能产生正相关影响，而膜的强度和厚度

的相关性很小。

21世纪初通过对受顶胀面积不同的土工膜与受损伤程度不同的土工膜的液胀试验，归纳了相应的经验公式。

（3）土工膜防渗结构特性研究 

21世纪10年代，研制了平面双向拉伸试验仪和筒形双向拉伸试验仪，为面膜堆石坝在运行时面膜处于双向拉伸状态的研究提供平台，试验表明，同一应变量下，双向拉伸的变形模量大于单向拉伸值；特征应变量双向拉伸值小于单向拉伸值，以单向拉伸的各项指标去评价双向拉伸状态将逐步改变。

2015年采用渗透、抗压、抗弯折、直剪试验及局部结构模型试验等方法对拟作为土工膜新型垫层的聚合物透水混凝土的透水性能、基本力学特性、界面抗剪强度及适应坝体变形能力等工程特性进行了研究，并与水泥无砂混凝土垫层材料的工程特性比对分析表明，聚合物透水混凝土除具有较高强度和透水性外，还具有较低的弹性模量和显著的韧性特征，作为防渗膜垫层更能适应坝体变形，避免产生垫层裂缝。 

通过130 m×80 m模拟平原水库不同运行工况时库盘膜下水气状况的监测，论证了库盘防渗膜浮起失稳的可能性及其排水排气的应对措施；通过研制专用气胀试验装备模拟库盘膜防渗的平原水库初蓄水时土工膜缺陷渗漏引起膜下非饱和土层中孔隙气体聚集、上升，验证了防渗膜局部隆起变形的气胀现象；基于孔隙中水气二相流的非饱和土固结理论方程，经假设简化编制的三维有限元程序可进行模拟库盘防渗膜下水气变迁的计算；为解决此类工程问题发生，正在尝试研制特殊配方可疏导“气爆”现象具有“逆止阀”功能的防渗膜；2015年研制了土工膜与逆止阀连接部位拉伸试验与整体密闭性质量检测的装置，测试表明，用于南水北调东线某调节水库防渗膜以螺栓连接逆止阀型式可靠，连接部位强度大于土工膜材料本体强度。