土工膜防渗结构局部悬空的受力变形研究.pdfVIP

第 32卷第 1期 人 民 黄 河 Vo1．32．No．1 2010年 1月 YELLOW RIVER Jan．，2010 【水利水 电工程 】 土工膜防渗结构局部悬空的受力变形研究 姜海波，侍克斌 ，周 峰 (新疆农业大学 水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052) 摘 要：将库区土体局部沉降条件下的土工膜防渗结构分为沉降区和非沉降区，建立了受力分析模型，结合工程实例指 出：实际土工膜简化为单层膜分析可能会造成一定的误差；土工膜下垫层的湿陷对变形起决定性作用，湿陷程度越高，则 库 区局部沉 降的深度越大。 关 键 词：土工膜防渗结构；不均匀沉降；力学分析模型；大变形 中图分类号：TV223．4 文献标识码 ：A doi：10．3969／j．issn．1000—1379．2010．01．037 采用土工膜防渗的平原水库和丘陵水库建成蓄水以后 ，土 降，在沉降区土工膜周围会出现集中应力，此时土工膜就可能 工膜受力包括上垫层 、保护层土体的自重和水压力，下垫层土 被拉裂，使土工膜防渗结构局部失效，增大库区的渗漏。 体可能发生局部沉降，使得土工膜完全悬于沉降区的上方，见 沉降深度对土工膜张拉力的影响比较直接、明显 ，沉降深 图 1。 度越大，土工膜承受的张拉力也越大 ，土工膜被拉裂的可能性 也就越大。 2 力学分析模型的建立和求解 库区局部沉降时 ，假设沉降区横截面为圆弧形，见图2。进 行受力分析时，分为沉降区和非沉降区两个区域。假设沉降区 的沉降半径为r。，作用在其上的荷载 为土工膜上方土体 (防 ——— —— 护层和上垫层)自重和水压力的合力 ；非沉降区的半径为 荷 载P，为非沉降区土工膜上方土体 自重和水压力的合力，非沉 图1 不均匀沉降条件下土工膜防渗结构受力变形示意 降区的外边界固定。沉降区和非沉降区的边界夹角为O／。 上覆荷载的作用使下垫层土体局部发生沉降，将导致土工 膜产生较大的拉应变，可能引起土工膜的拉伸破坏，从而加大 库区的渗漏。 1 土工膜受力变形影响因素分析 1．1 上方土体厚度和重度的影响 在沉降区，上方土体 (防护层和上垫层)的厚度和重度对土 工膜受力变形的影响比较直接且明显。上方土体厚度越大、重 度越大，沉降区的土工膜所承受的拉应力及产生的竖向位移也 越大。 图2 土工膜防渗结构受力分析模型 另一方面，当库区水位急剧下降时，库区土体内的水位也 沉降区土工膜均布荷载P 和土工膜拉应力 (作用在边 下降，在土层 内将形成超量的空隙水压力，可能造成土工膜防 界上)联合作用下的平衡条件见图3，存在两个垂直力，P 的垂 渗结构不稳定，土工膜被扬压力顶起 ，从而影响土工膜防渗结 向总合力 P 及 17(径 向应力)所 产生 的垂直 合力 为 构的防渗效果。 1．2 下垫层土体湿 陷的影响