堆石坝(土石坝)膜防渗设计概述.pdf

堆石坝（土石坝）膜防渗设计概述

一、堆石坝（土石坝）膜防渗技术进展

我国应用土工膜作为水库大坝防渗主体兴起于20世纪80年代，此前一二十

年主要用于大坝防渗加固工程。80年代至90年代上半期，土工膜以PVC膜为主，

其后以PE膜为主。PE膜具有质轻、幅宽、单价低的优势，但厚度大于1mm以上

的呈板状，较难适应复杂运行与复杂施工条件。

与我国同样兴起于20世纪80年代、设计与建造已达到国际先进水平的混凝

土面板堆石坝和碾压混凝土坝筑坝技术不同，由于国际专利保护、缺乏系统深入

的国际技术交流以及国内技术研发滞后，我国土工膜防渗大坝筑坝技术在硬、软

环境相对不甚完备的条件下摸索实践、持续前行。

（一）应用原理研究

尽管我国对库坝防渗膜的应用机理研究尚未达到系统的程度，但长期以来一

直从未停顿。从20世纪80年代开始，一些研究机构和学者除了对防渗膜的物理

力学性能进行测试研究外，对应用原理也开展了较为深入的研究。

1.阶段性梳理、总结

20世纪80年代，结合长江三峡工程围堰的前期研究，一些研究机构和学者

对当时国外土工膜防渗大坝的应用及其基本原理进行了较为系统的梳理和归纳

[13]

-，为我国水库大坝土工膜防渗工程兴起提供了应用理论基础；1994年出版了

《土工合成材料应用手册》，其中关于库坝土工膜防渗工程，从理论到实践均较

[4][5]

为贴切地反映了当时的实际技术水平，2000年又增添新内容后再版；21世纪

初，对国内经过了近20年发展的库坝土工膜防渗工程技术进行了梳理和总结

[67]

-，发挥了承前启后的作用；2015年综述了国内外高面膜堆石坝工程技术发展，

[8]

对关键技术问题进行归纳、提炼，为国内高面膜堆石坝发展提供支持。

2.土工膜材料特性研究

20世纪80年代，结合长江三峡工程围堰的前期研究，对高强度的加筋合成

[9]

橡胶类土工膜的物理力学性能开展试验研究；90年代，我国土工膜的品种趋多，

复合土工膜（塑料类）应用普遍，一些研究机构对不同膜型的物理力学特性及其

与不同接触材料的界面特性进行了试验，取得较多测试成果[10，5]；1993年由试验

获知，由于膜与织物的变形模量及特征延伸率不同，两者的复合牢固度表现出完

全不同的性能，当牢固度适当时就表现出拉伸变形的“蝉脱壳”效应，即复合膜

最终获得纯膜的极限伸长率，十分适合施工期和运行期不同受力变形需求[11]，且

有利于现场拼接、修补时的织物与膜的分离；1998年试验研究表明，复合土工

膜中布和膜的复合紧密程度对其力学特性有显著的影响，其中对拉伸特性影响最

大，顶破特性次之，而对梯形撕裂强度的影响较小；复合土工膜中膜的变形率对

[12]

复合土工膜的抗液胀性能产生正相关影响，而膜的强度和厚度的相关性很小。

21世纪初，通过对受顶胀面积不同的土工膜与受损伤程度不同的土工膜的液胀

试验，归纳了相应的经验公式[13-14]。

3.土工膜防渗结构特性研究

21世纪前10年，研制了平面双向拉伸试验仪和筒形双向拉伸试验仪，为面

膜堆石坝在运行时面膜处于双向拉伸状态的研究提供平台[1516]，试验表明，同一

应变量下，双向拉伸的变形模量大于单向拉伸值；特征应变量双向拉伸值小于单

向拉伸值[17]，以单向拉伸的各项指标去评价双向拉伸的状态将逐步改变。

2015年，采用渗透、抗压、抗弯折、直剪试验及局部结构模型试验等方法对

拟作为土工膜新型垫层的聚合物透水混凝土的透水性能、基本力学特性、界面抗

剪强度及适应坝体变形能力等工程特性进行了研究，并与水泥无砂混凝土垫层材

料的工程特性进行比对分析，结果表明，聚合物透水混凝土除具有较高强度和透

水性外，还具有较低的弹性模量和显著的韧性特征，作为防渗膜垫层使用更能适

应坝体变形，避免产生垫层裂缝[18]。

通过130m