复合土工膜厚度设计方法

1.1　曲线交会法文

[1]针对不同边界条件导出了相应的计算公式，其中级配不均匀的砂砾石上薄膜受水压力p作用时薄膜发生的单位宽度拉力与应变关系为T=0122pd0/εd0=0535n1/6n1-nd17

图1　曲线交会法计算简图

式中:T———薄膜单位宽度拉力，

kN/m；p———薄膜上承受的水压力荷载，

kPa；ε———薄膜产生的拉应变；

d0———不均匀砂砾石的平均孔隙直径，

m；n———砂砾石孔隙率；

d17———特征颗粒直径，表示小于此粒径的砂砾石质量所占比例为17%

式(1)可用图1中曲线1表示.但仅用曲线1不能确定选用多厚的复合土工膜，还必须知道复合土工膜在不同拉力条件下的应力应变关系才能确定选用多厚的复合土工膜.设选定的复合土工膜的应力应变关系如图1中曲线2所示，则图1中两曲线的交点为所选土工膜在试验拉力T作用下产生的应变ε与砂卵石孔隙上薄膜受水荷载产生的拉力、应变相等的点.该点所对应的单宽拉力Tg为工作应力，对应的应变εg为工作应变.由于不同密度、不同厚度复合土工膜的试验应力应变曲线不同，选择不同复合土工膜时，两曲线的交点(ε，T)位置也不相同.因此，应在不同复合土工膜试验曲线与图1中曲线1交会的基础上求得不同工作应力和不同工作应变，然后根据下述方法选定复合土工膜.设复合土工膜的大拉力为Tmax、大拉应变为εmax，材料的工作拉力为Tg、工作应变为εg，则所选材料抗拉能力和应变能力的安全系数分别为Ks=Tmax/Tg　　Kε=εmax/εg

(2)JournalofHohaiUniversity(NaturalSciences)Jul.2004　　

从安全角度考虑，Ks和Kε应远大于10，土工合成材料的容许抗拉强度为Ta=1FiDFcRFcDFbDTmax

(3)对堤坝来说，FiD=11～20，FcR=2～3，FcD=10～15，FbD=10～13，本文取FiD=16，FcR=20，FcD=13，FbD=12.故Ta=Tmax/5，即安全系数K=5.换言之，土工膜的应力水平为20%.据研究，应力水平在20%以下时土工膜不易老化，使用寿命可达50～100a.