复合土工膜与垫层材料、衬砌结构的相互作用机理

复合土工膜的材质柔软且伸长率大,能适应相对较大的变形,同时还具有设计方便、抗渗效果更好、施工效率更好、造价更低的优势,因而在包括围堰、堤坝、引水渠在内的各类水利工程项目中得到了应用。在水利工程中,复合土工膜通常与垫层、水稳层、过渡层等组成复合防渗结构,但由于复合防渗结构界面的抗剪强度小于各材料结构本身的抗剪强度,很容易在复合土工膜与垫层、衬砌结构之间形成滑裂面,破坏复合土工膜防渗体,从而导致建筑物失稳和变形,由此可知复合土工膜与垫层材料、衬砌结构之间的相互作用机理直接关系到工程结构的稳定与安全。

(1)复合土工膜与垫层界面的剪切特性经历了弹性阶段、弹塑性和残余强度三个阶段,呈现明显的非线性特征;随着界面剪切位移的增大,位移在0.6~0.8mm附近时,进入弹塑性阶段;剪切位移在9~11mm附近时,进入残余阶段。

(2)膜后含水率的变化对复合土工膜与垫层界面抗剪强度具有显著影响。随垫层含水率的增大,界面峰值抗剪强度和残余抗剪强度呈非线性减小的趋势;垫层材料的含水率从0%增大到8.5%,界面峰值抗剪强度最大降幅达到了21.71%和21.50%。

(3)在相同的工况下,随着垫层材料含水率的增大,界面峰值抗剪强度、残余抗剪强度均呈减小趋势,膜后水分对界面抗剪强度的“润滑效应”体现为界面摩擦角的减小,导致复合土工膜与下垫层间产生滑动破坏,在复合土工膜防渗体的设计和运行中应对此重视。