土工膜力学特性胀破强度的检测方法及研究进展

土工膜具备较高的延伸率，然而工程实际中土工膜会因地下水水位上升、水库蓄水及库水位骤降等因素影响膨胀变形，甚至破坏，从而影响其防渗效果及大坝、水库的服役年限。《规程》规定的液胀试验是一种模拟土工膜在实际工况中收到均匀压力作用的试验方法，通过锚固环固定试样并加压直至试样破坏以测得土工膜的胀破强度，相较单向拉伸试验和条带拉伸试验可更好地反映实际工程土工膜真实工作的状态。李旺林等研制了不同规格的土工膜膨胀变形试验仪器，对不同厚度、材料土工膜进行试验，得出土工膜变形可分为线性变形、强化变形、弱化变形和胀破拉断4个阶段，破坏一般位于球冠顶点处。研究学者就土工膜膨胀破坏过程中的影响因素进行了广泛和深入的探讨，赵坤等就指出土工膜膨胀变形会受到垫层孔径、加载速率、环境温度、土工膜厚度以及膜表面损伤等因素影响，他总结胀破拱顶高度越大，延伸率越大；加载速率越大，胀破压力越大；垫层孔径越大，土工膜胀破压力越小；环境温度越高，胀破压力越小；膜表面损伤越严重，胀破压力越小。在此基础上，普遍认为土工膜膨胀变形是非均匀的，土工膜鼓胀变形的应力、应变以及鼓胀高度分布较为集中,最大值位于土工膜冠顶,最小值位于土工膜的环形约束端,呈明显的从约束端到冠顶端逐渐增加的趋势，其胀破形态呈冠顶破裂的撕裂状。

土工膜膨胀过程中变形挠度曲线上各点厚度和曲率并非恒定值，试验中膜的应力应变加载速率难以控制，土工膜变形难以测量，应力应变关系难以计算。针对这一情况，束一鸣等通过作各种工况下PE膜膨胀极限荷载工程数值模拟仿真分析，归纳出了胀破强度与PE膜厚度之间呈正相关关系，与支持层孔径呈负相关关系，且当支持层孔径一定时，胀破强度随PE膜厚度的增加呈二次曲线的形式增加。普勇柽采用ABAQUS有限元软件模拟不同约束条件下土工膜鼓胀变形研究，成果表明了土工膜鼓胀变形时不同位置变形程度不同,冠顶端以竖直向位移为主,约束端以水平向位移为主。约束边界的改变基本不对土工膜鼓胀高度、张应力以及应变的变化趋势产生影响,但约束边越少,土工膜受力越不均匀,使其能承受的压力越小,且鼓胀变形的速率越快,约束边越多,土工膜鼓胀变形越趋近于环形约束下的土工膜鼓胀变形。

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