一种预判上保护层施工时土工膜局部受压破坏的方法技术

本发明专利技术公开了一种预判上保护层施工时土工膜局部受压破坏的方法，包括步骤为：土工膜试样的裁剪：下垫层料的填充；土工膜局部受压破坏试验装置的组装；土工膜局部受压试验模拟；不同厚度土工膜的局部受压试验；采用不同相对密度下垫层料时土工膜的局部受压试验；土工膜破坏压力计算公式的建立；公式计算参数的确定；实际工程中土工膜局部受压破坏的预判；土工膜受压破坏预判结果应用。本发明专利技术根据建立的双曲线数学模型，预判上保护层施工过程中土工膜是否发生局部受压破坏，进而调整土工膜上的施工荷载；也可根据最大施工压力，用于指导土工膜厚度和下垫层料相对密度设计值的合理选择，确保上保护层施工时土工膜不受破坏。

A Method for Predicting Local Compression Damage of Geomembrane during Construction of Upper Protective Layer

The invention discloses a method for predicting the local compression failure of geomembrane during construction of upper protective layer, which includes the following steps: cutting of geomembrane sample: filling of underlying layer material; assembling of geomembrane local compression failure test device; simulation of geomembrane local compression test; local compression test of geomembrane with different thickness; local compression test of geomembrane under different relative density underlying layer material. Compression test; Establishment of formula for calculating failure pressure of geomembrane; Determination of calculation parameters of formula; Prediction of local compression failure of Geomembrane in practical engineering; Application of prediction results of compression failure of geomembrane. According to the established hyperbolic mathematical model, the invention can predict whether the geomembrane will be damaged under local pressure during the construction of the upper protective layer, and then adjust the construction load on the geomembrane. It can also be used to guide the rational selection of the thickness of the geomembrane and the relative density of the underlying layer according to the maximum construction pressure, so as to ensure that the geomembrane will not be damaged during the construction of the upper protective layer.

【技术实现步骤摘要】
一种预判上保护层施工时土工膜局部受压破坏的方法
本专利技术涉及水利工程中土工膜的检测领域，特别是一种预判上保护层施工时土工膜局部受压破坏的方法。
技术介绍
土工膜因具有防渗性能好、适应变形能力强、工程造价低及施工速度快等优点，已广泛应用于大坝、库盘、蓄水池、垃圾填埋场等防渗工程。在土工膜防渗结构中，土工膜埋设于上保护层和下垫层料之间。不同类型的土工膜防渗工程，采用不同厚度的土工膜，且对下垫层料的密实程度要求也有所不同。在土工膜上保护层施工时，压实机械、运输车辆、作业人员等会对土工膜产生碾压作用并使其发生局部变形。当土工膜下垫层较密实时(相对密度大)，土工膜局部变形较小；反之下垫层较疏松时(相对密度小)，土工膜变形较大。当土工膜局部变形过大时，土工膜会发生局部受压破坏，产生缺陷孔洞，对工程防渗安全造成隐患。已有统计资料表明，施工破坏占土工膜破坏的97％，是土工膜破坏的主要形式，其中上部保护层施工造成的破坏高达73％。因此，基于不同密实度垫层上土工膜的局部受压试验强度，预判上保护层施工时土工膜是否发生局部受压破坏，对指导土工膜上保护层施工具有重要的科学研究意义和工程应用价值。现有技术中，SL/T235-1999《土工合成材料测试规程》中的圆球顶破试验和CBR顶破试验用于测试单一土工膜的局部顶破力。现有技术存在如下不足：1.现有技术仅对无下垫层料的单一土工膜开展局部受压破坏试验，没有考虑下垫层料对土工膜的支撑作用。实际工程中土工膜铺设在下垫层料之上，垫层的支撑作用很大程度上决定了土工膜的局部抗压强度，其中垫层的相对密度是重要影响因素，因此现有技术无法真实反映实际工程中土工膜的工作状态。2.现有标准试验装置采用固定尺寸的圆柱形顶杆对土工膜施加局部压力，无法合理模拟实际工程中压实机械、运输车辆、作业人员等对土工膜的局部施压条件。3.现有标准试验装置仅测试单一土工膜的局部受压破坏强度，试验结果不能用于预判上保护层施工时土工膜是否会发生局部受压破坏。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种预判上保护层施工时土工膜局部受压破坏的方法，该预判上保护层施工时土工膜局部受压破坏的方法能根据建立的双曲线数学模型，预判上保护层施工过程中土工膜是否发生局部受压破坏，进而调整土工膜上的施工荷载；也可根据最大施工压力，用于指导土工膜厚度和下垫层料相对密度设计值的合理选择，确保上保护层施工时土工膜不受破坏。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种预判上保护层施工时土工膜局部受压破坏的方法，包括如下步骤。步骤1，土工膜试样的裁剪：将厚度t1、t2、t3和t4的土工膜裁剪成所需要的大小；其中，t1、t2、t3和t4互不相等。步骤2，下垫层料的填充：在垫层室内填充相对密度为Dr1的下垫层料。步骤3，土工膜局部受压破坏试验装置的组装，包括如下步骤：步骤31，土工膜铺设及固定：将步骤1准备的厚度t1的土工膜试样铺设在步骤2中垫层室中下垫层料的上表面，通过夹具将土工膜固定在垫层室上。步骤32，加压系统组装：根据上保护层的击实施压方式，选择相对应的顶杆；将选择的顶杆安装在步骤31铺设的土工膜的中心上方，顶杆上端与加压装置相连接。步骤4，土工膜局部受压试验模拟：加压装置带动顶杆按照设定的加压速率在竖直方向对土工膜施加压力，采用压力传感器实时监测顶杆作用力并传输给计算机，采用位移传感器实时测量顶杆的竖向位移并传输给计算机；试验过程中，计算机实时绘制顶杆的作用力和竖向位移的关系曲线，当观察到曲线发生骤降，表明土工膜受压破坏，记录厚度t1的土工膜的破坏压力F11。步骤5，不同厚度土工膜的局部受压试验：将步骤3中厚度t1的土工膜分别更换为厚度t2、t3和t4的土工膜，重复步骤3至步骤4，记录下垫层料相对密度为Dr1时，厚度为t2、t3和t4土工膜的破坏压力F12、F13和F14。步骤6，采用不同相对密度下垫层料时土工膜的局部受压试验：将步骤2中相对密度Dr1的下垫层料分别更换成相对密度为Dr2和Dr3的下垫层料，其中，Dr1、Dr2和Dr3互不相等；重复步骤2至步骤5，得到：相对密度为Dr2的下垫层料时，厚度为t1、t2、t3和t4土工膜的破坏压力依次为F21、F22、F23和F24；相对密度为Dr3的下垫层料时，厚度为t1、t2、t3和t4土工膜的破坏压力依次为F31、F32、F33和F34。步骤7，土工膜破坏压力计算公式的建立：根据不同相对密度下垫层料上不同厚度土工膜的破坏压力的分布特点，建立土工膜破坏压力的双曲线模型，计算公式如下：其中，FP为土工膜的破坏压力，t为土工膜厚度，Dr为下垫层料相对密度，K、α、β和n为公式计算参数。步骤8，公式计算参数的确定：将步骤4至步骤6获得的下垫层料相对密度、土工膜厚度以及土工膜破坏压力数据代入公式(1)中，并进行数学运算，得到K、α、β和n的具体数值。步骤9，实际工程中土工膜局部受压破坏的预判，包括如下步骤：步骤91，实际工程中土工膜厚度t和下垫层料相对密度Dr的获取：在工程现场测量土工膜的厚度t和下垫层料相对密度Dr。步骤92，土工膜破坏压力的计算：将步骤91中获得的土工膜厚度t和下垫层料相对密度Dr代入公式计算参数已确定的公式(1)中，计算得到土工膜的破坏压力FP。步骤93，土工膜受压破坏的预判：根据工程的设计和施工资料，获取上保护层施工过程中对土工膜施加的最大局部压力F实；比较F实与步骤92中计算的FP，若FP大于或等于F实，则预判为：上保护层施工时土工膜不会受压破坏；若FP小于F实，则预判为：上保护层施工时土工膜会受压破坏。还包括步骤10，土工膜受压破坏预判结果应用：当步骤9中预判结果为上保护层施工时土工膜会受压破坏时，采用如下两种方式中的一种，确保土工膜在上保护层施工时不会受压破坏。其中：方式一：通过调整上保护层的施工荷载，减小对土工膜作用力，使得施工过程中F实小于FP；方式二：当上保护层的施工荷载不易调整时，根据最大施工压力，通过选择土工膜厚度和下垫层料的相对密度，确保土工膜在上保护层施工时不会受压破坏。步骤8中，公式计算参数的确定方法，包括如下步骤：步骤81，线性转换：令a＝KDrn，b＝αDr+β，代入步骤7中的公式(1)，则通过转换得到与t的线性表达式：步骤82，不同下垫层料相对密度Dr时参数a和b的确定：对步骤4至5中测试得到的下垫层料相对密度为Dr1时的4组数据和代入公式(2)，拟合得到下垫层料相对密度Dr1时的线性参数a＝a1和b＝b1；同样获得下垫层料相对密度为Dr2时的线性参数a＝a2和b＝b2以及下垫层料相对密度为Dr3时的线性参数a＝a3和b＝b3。步骤83，公式计算参数K和n的确定：对表达式a＝KDrn两边同时进行对数转换，得到Log(a)与Log(Dr)的线性关系式：Log(a)＝Log(K)+nLog(Dr)(3)将步骤82中得到的3组数据(Log(Dr1)，Log(a1))、(Log(Dr2)，Log(a2))和(Log(Dr3)，Log(a3))，代入公式(3)，拟合得出参数K和n。步骤84，公式计算参数α和β的确定：由表达式b＝αDr+β可知b与Dr呈线性关系，将步骤82中得到的3组数据(Dr1，b1)、(Dr2，b2)和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预判上保护层施工时土工膜局部受压破坏的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，土工膜试样的裁剪：将厚度t1、t2、t3和t4的土工膜裁剪成所需要的大小；其中，t1、t2、t3和t4互不相等；步骤2，下垫层料的填充：在垫层室内填充相对密度为Dr1的下垫层料；步骤3，土工膜局部受压破坏试验装置的组装，包括如下步骤：步骤31，土工膜铺设及固定：将步骤1准备的厚度t1的土工膜试样铺设在步骤2中垫层室中下垫层料的上表面，通过夹具将土工膜固定在垫层室上；步骤32，加压系统组装：根据上保护层的击实施压方式，选择相对应的顶杆；将选择的顶杆安装在步骤31铺设的土工膜的中心上方，顶杆上端与加压装置相连接；步骤4，土工膜局部受压试验模拟：加压装置带动顶杆按照设定的加压速率在竖直方向对土工膜施加压力，采用压力传感器实时监测顶杆作用力并传输给计算机，采用位移传感器实时测量顶杆的竖向位移并传输给计算机；试验过程中，计算机实时绘制顶杆的作用力和竖向位移的关系曲线，当观察到曲线发生骤降，表明土工膜受压破坏，记录厚度t1的土工膜的破坏压力F11；步骤5，不同厚度土工膜的局部受压试验：将步骤3中厚度t1的土工膜分别更换为厚度t2、t3和t4的土工膜，重复步骤3至步骤4，记录下垫层料相对密度为Dr1时，厚度为t2、t3和t4土工膜的破坏压力F12、F13和F14；步骤6，采用不同相对密度下垫层料时土工膜的局部受压试验：将步骤2中相对密度Dr1的下垫层料分别更换成相对密度为Dr2和Dr3的下垫层料，其中，Dr1、Dr2和Dr3互不相等；重复步骤2至步骤5，得到：相对密度为Dr2的下垫层料时，厚度为t1、t2、t3和t4土工膜的破坏压力依次为F21、F22、F23和F24；相对密度为Dr3的下垫层料时，厚度为t1、t2、t3和t4土工膜的破坏压力依次为F31、F32、F33和F34；步骤7，土工膜破坏压力计算公式的建立：根据不同相对密度下垫层料上不同厚度土工膜的破坏压力的分布特点，建立土工膜破坏压力的双曲线模型，计算公式如下：...

【技术特征摘要】
1.一种预判上保护层施工时土工膜局部受压破坏的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，土工膜试样的裁剪：将厚度t1、t2、t3和t4的土工膜裁剪成所需要的大小；其中，t1、t2、t3和t4互不相等；步骤2，下垫层料的填充：在垫层室内填充相对密度为Dr1的下垫层料；步骤3，土工膜局部受压破坏试验装置的组装，包括如下步骤：步骤31，土工膜铺设及固定：将步骤1准备的厚度t1的土工膜试样铺设在步骤2中垫层室中下垫层料的上表面，通过夹具将土工膜固定在垫层室上；步骤32，加压系统组装：根据上保护层的击实施压方式，选择相对应的顶杆；将选择的顶杆安装在步骤31铺设的土工膜的中心上方，顶杆上端与加压装置相连接；步骤4，土工膜局部受压试验模拟：加压装置带动顶杆按照设定的加压速率在竖直方向对土工膜施加压力，采用压力传感器实时监测顶杆作用力并传输给计算机，采用位移传感器实时测量顶杆的竖向位移并传输给计算机；试验过程中，计算机实时绘制顶杆的作用力和竖向位移的关系曲线，当观察到曲线发生骤降，表明土工膜受压破坏，记录厚度t1的土工膜的破坏压力F11；步骤5，不同厚度土工膜的局部受压试验：将步骤3中厚度t1的土工膜分别更换为厚度t2、t3和t4的土工膜，重复步骤3至步骤4，记录下垫层料相对密度为Dr1时，厚度为t2、t3和t4土工膜的破坏压力F12、F13和F14；步骤6，采用不同相对密度下垫层料时土工膜的局部受压试验：将步骤2中相对密度Dr1的下垫层料分别更换成相对密度为Dr2和Dr3的下垫层料，其中，Dr1、Dr2和Dr3互不相等；重复步骤2至步骤5，得到：相对密度为Dr2的下垫层料时，厚度为t1、t2、t3和t4土工膜的破坏压力依次为F21、F22、F23和F24；相对密度为Dr3的下垫层料时，厚度为t1、t2、t3和t4土工膜的破坏压力依次为F31、F32、F33和F34；步骤7，土工膜破坏压力计算公式的建立：根据不同相对密度下垫层料上不同厚度土工膜的破坏压力的分布特点，建立土工膜破坏压力的双曲线模型，计算公式如下：其中，FP为土工膜的破坏压力，t为土工膜厚度，Dr为下垫层料相对密度，K、α、β和n为公式计算参数；步骤8，公式计算参数的确定：将步骤4至步骤6获得的下垫层料相对密度、土工膜厚度以及土工膜破坏压力数据代入公式(1)中，并进行数学运算，得到K、α、β和n的具体数值；步骤9，实际工程中土工膜局部受压破坏的预判，包括如下步骤：步骤91，实际工程中土工膜厚度t和下垫层料相对密度Dr的获取：在工程现场测量土工膜的厚度t和下垫层料相对密度Dr；步骤92，土工膜破坏压力的计算：将步骤91中获得的土工膜厚度t和下垫层料相对密度Dr代入公式计算参数已确定的公式(1)中，计算得到土工膜的破坏压力FP；步骤93，土工膜受压破坏的预判：根据工程的设计和施工资料，获取上保护层施工过程中对土工膜施加的最大局部压力F实；比较F实与步骤92中计算的FP，若FP大于或等于F实，则预判为：上保护层施工时土工膜不会受压破坏；若FP小于F实，则预判为：上保护层施工时土工膜会受压破坏。2.根据权利要求1所述的预判上保护层...

【专利技术属性】
技术研发人员：岑威钧，都旭煌，陈司宁，李邓军，戴健健，陈家琦，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32