土工膜力学特性撕裂强度和顶破强度的研究进展

国内外一系列土工膜结构破坏实例显示了土工膜可能在运输、施工过程中的失误，导致表面存在裂缝或折痕等缺陷，在遭遇较大荷载或变形时缺陷部位出现应力集中现象，致使土工膜撕裂，再由撕裂拓展至膜整体发生破坏，可依据《规程》梯形撕裂试验进行撕裂强度计算。张冲等研究了耐环境应力开裂对HDPE土工膜使用性能的影响，指出土工膜的成分配比对撕裂强度有一定的影响。提出可采用断裂力学模型中的无线大平板模型结合试验成果与实际使用情况，预测土工膜的使用寿命。包晗等针对建筑用聚氯乙烯(PVC)涂层聚酯纤维膜材,采用单舌、双舌和梯形撕裂法进行单轴撕裂试验,分析了膜材的撕裂破坏机理和主要特点。试验结果表明了切口角度会影响土工膜的抗撕裂强度和裂缝扩展模式，45°试样的撕裂强度最大，90°试样的撕裂强度较小，试验中应变几乎始终集中在切口裂缝尖端撕裂三角区内。撕裂强度作为土工膜的一项力学特性参数反应了土工膜的耐破坏性能，目前针对土工膜撕裂性能的系统研究较少,特别是撕裂试验过程中的应变场变化以及相应的理论研究缺乏,能实际用于膜结构设计的撕裂理论还远未完善，尚不能作为防渗结构设计安全性评判依据。

土工膜垫层通常用颗粒材料，水压会使土工膜贴合垫层或局部变形于颗粒间隙，容易被间隙内的凹凸部位顶破或刺破，导致防渗结构部分或全部失效。为了研究土工膜在工程中的顶破现象，德雷塞尔大学用3个等间距的锥形体模拟垫层颗粒对土工膜的顶破效应。研究者用这个试验装置做了不同的试验，根据试验数据提出了土工膜抗顶破、刺破的设计方法。但是，模拟的锥形体的尺寸和间距有主观性，不能真实反映工程中颗粒材料的随机分布对土工膜的影响，结论不具有通用性。姜晓桢等提出了一种简化的方法，计算土工膜局部顶破的概率，分析了垫层颗粒的粒径、压力与土工膜局部顶破、刺破概率的关系。压力和颗粒粒径越大，土工膜顶破、刺破的可能性越大，而且土工膜局部受到的不平衡力的方向不确定，使得土工膜顶破、刺破的概率与颗粒粒径和压力呈现出明显的两段函数关系。

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