高面膜堆石坝周边缝处PVC-P土工膜渗透机理

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作者 张宪雷 马仲阳 刘贺松 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期2333-2340,共8页

高面膜堆石坝坝面PVC-P土工膜防渗结构表现优越,差异位移致使周边缝处防渗结构中PVC-P土工膜处于大延伸率状态,是防渗体系的薄弱环节。针对变形态PVC-P土工膜防渗性能是否满足运行期工程技术要求,选用自主研制的变形态土工膜渗透试验仪... 高面膜堆石坝坝面PVC-P土工膜防渗结构表现优越,差异位移致使周边缝处防渗结构中PVC-P土工膜处于大延伸率状态,是防渗体系的薄弱环节。针对变形态PVC-P土工膜防渗性能是否满足运行期工程技术要求,选用自主研制的变形态土工膜渗透试验仪展开了多组延伸率试样渗透性能试验研究,利用低场核磁共振技术探究了变形态PVC-P土工膜微观渗透演变机理。结果表明:变形态PVC-P土工膜防渗性能衰减,渗透系数随延伸率的增加而增大;延伸率的增长使得膜内孔喉发育、含量增加及孔喉连通性增强,这是防渗性能衰减的本质原因。尽管研究成果表明变形态PVC-P土工膜仍具有较低的渗透系数,但高面膜堆石坝周边缝处PVC-P土工膜拉伸变形复杂,可能存在局部损伤或破损情况,建议采取工程技术措施降低其延伸率,以延长服役周期。 展开更多

关键词 高面膜堆石坝 PVC-P土工膜 防渗性能 低场核磁共振 T2特征谱

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高面膜堆石坝周边的夹具效应机制与消除设计方法——高面膜堆石坝关键技术(二) 被引量：13

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作者 束一鸣 吴海民 +1 位作者 姜晓桢 顾克 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2015年第1期10-15,共6页

针对在一定水深下,面膜周边锚固处将形成"面膜夹具"进而产生影响面膜安全的夹具效应这一高面膜堆石坝研究和设计中首先需面对的关键技术问题,在材料试验和工程结构分析的基础上分析了形成夹具效应的机制,提出了产生夹具效应... 针对在一定水深下,面膜周边锚固处将形成"面膜夹具"进而产生影响面膜安全的夹具效应这一高面膜堆石坝研究和设计中首先需面对的关键技术问题,在材料试验和工程结构分析的基础上分析了形成夹具效应的机制,提出了产生夹具效应的必要条件和充分条件;模拟工程实际设计了面膜堆石坝周边锚固处夹具效应的室内结构模型试验,初步试验验证了按常规设计的传统膜铺设方式难以避免夹具效应的产生;在充分考虑实际施工工艺的基础上,以夹具效应产生的充分条件为切入点提出了消除夹具效应的设计思路为:在保证面膜免受损伤条件下增大"面膜夹具"间的初始标距,在坝体位移过程中设法使"面膜夹具"间面膜的有效几何变形取代材料变形;设计方法是将铺膜线平面设置高于锚固线平面,坝面位移后使铺膜线回到锚固线附近。 展开更多

关键词 面膜堆石坝 土工膜 夹具效应 周边锚固 膜拉伸试验 结构模型试验 设计方法

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高面膜堆石坝发展的需求与关键技术——高面膜堆石坝关键技术(一) 被引量：15

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作者 束一鸣 吴海民 姜晓桢 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2015年第1期1-9,共9页

面膜堆石坝是指上游坝面用土工膜防渗的堆石坝。综述了面膜堆石坝半个世纪以来的发展状况,分析了该坝型的特点及该坝型技术在我国的使用现状与需求:面膜防渗结构具有渗透性低微、差异变形适应性强、施工简捷、工期短、造价低等特点;由... 面膜堆石坝是指上游坝面用土工膜防渗的堆石坝。综述了面膜堆石坝半个世纪以来的发展状况,分析了该坝型的特点及该坝型技术在我国的使用现状与需求:面膜防渗结构具有渗透性低微、差异变形适应性强、施工简捷、工期短、造价低等特点;由于国外专利保护等原因,面膜堆石坝技术未能如面板堆石坝和碾压混凝土坝那样广泛交流与推广,自国外第一座面膜堆石坝建成以来,国内尚未建成一座高面膜堆石坝,而我国水电清洁能源的需求、许多深覆盖层坝址与黏土防渗体取土受到环境生态制约的状况,需要高面膜堆石坝发挥其作用,相应的设计分析技术需要较系统深入的研究梳理和集成。概述了该坝型关键技术研究的初步成果,包括高面膜堆石坝的周边夹具效应与设计方法、面膜双向拉伸分析方法、数值精细模拟方法、非散粒体面膜垫层技术、膜顶胀损缺性状量化分析方法。 展开更多

关键词 面膜堆石坝 防渗结构 土工膜 面膜垫层 夹具效应 聚合物透水混凝土 数值分析方法 综述

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高面膜堆石坝运行状态下土工膜双向拉伸力学特性——高面膜堆石坝关键技术(三) 被引量：6

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作者 吴海民 束一鸣 +1 位作者 姜晓桢 任泽栋 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2015年第1期16-22,共7页

针对目前我国土工膜防渗工程设计依然以单向拉伸试验结果为依据,而土工膜在堆石坝面防渗体实际运行中却处于双向拉伸应力状态的问题,采用自主研发的2种双向拉伸试验装置对堆石坝面防渗土工膜的双向拉伸力学特性进行试验研究。对堆石坝... 针对目前我国土工膜防渗工程设计依然以单向拉伸试验结果为依据,而土工膜在堆石坝面防渗体实际运行中却处于双向拉伸应力状态的问题,采用自主研发的2种双向拉伸试验装置对堆石坝面防渗土工膜的双向拉伸力学特性进行试验研究。对堆石坝防渗常用的几种土工膜分别进行了不同双向拉伸状态下的力学特性试验,并和单向拉伸试验结果进行对比,得到了双向拉伸状态下土工膜的拉伸强度、延伸率、弹性模量和泊松比等力学参数以及真应力-真应变关系曲线。试验结果揭示了高面膜堆石坝防渗土工膜在真实工作状态中的受力变形特性及破坏机理,为面膜防渗体设计计算和受力变形数值分析提供了一定的理论基础和计算依据。 展开更多

关键词 面膜堆石坝 土工膜 防渗体 双向拉伸试验 力学特性 应力应变关系

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高堆石坝面膜防渗体非散粒体垫层工程特性试验——高面膜堆石坝关键技术(五) 被引量：3

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作者 吴海民 束一鸣 +2 位作者 滕兆明 戴林军 蒋善平 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2015年第1期29-36,66,共9页

针对传统土工膜垫层材料不能满足深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体稳定性及适应变形要求的问题,采用室内渗透系数、抗压、抗弯折、直剪及结构模型试验等方法对一种新型多孔垫层材料——聚合物透水混凝土的透水性能、基本力学特性、界面抗... 针对传统土工膜垫层材料不能满足深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体稳定性及适应变形要求的问题,采用室内渗透系数、抗压、抗弯折、直剪及结构模型试验等方法对一种新型多孔垫层材料——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一系列试验研究,并与传统无砂混凝土垫层材料的工程特性进行了对比试验与分析。试验结果表明,聚合物透水混凝土在具有较高强度和透水性的同时,还具有较低的弹性模量和显著的韧性特征,相对无砂混凝土具有更强的适应坝体变形能力,更适合用作深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体垫层。 展开更多

关键词 面膜堆石坝 面膜防渗体 垫层 无砂混凝土 聚合物透水混凝土 工程特性

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高面膜堆石坝防渗结构受力变形数值分析方法——高面膜堆石坝关键技术(四) 被引量：6

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作者 姜晓桢 束一鸣 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2015年第1期23-28,共6页

针对目前堆石坝面膜防渗结构数值计算和结构分析中所存在的问题,对传统的有限元数值计算模型进行了改造和完善,利用一种新的连接单元来模拟土工膜与下部垫层间的界面剪切特性,在提高土工膜防渗结构有限元分析23精度的同时不额外增加整... 针对目前堆石坝面膜防渗结构数值计算和结构分析中所存在的问题,对传统的有限元数值计算模型进行了改造和完善,利用一种新的连接单元来模拟土工膜与下部垫层间的界面剪切特性,在提高土工膜防渗结构有限元分析23精度的同时不额外增加整体有限元计算的规模,从而能够大大提高计算效率;对于土工膜防渗结构在坝面四周锚固处可能出现的夹具效应,通过添加在锚固处的三维弹簧单元,实现了对锚固处土工膜受力变形特性的有效模拟。计算结果表明,堆石坝坝面防渗土工膜在坝面绝大部分处所受的拉力较小,而在坝面底部锚固处拉应力较大,易发生拉裂破坏。 展开更多

关键词 面膜堆石坝 面膜防渗 土工膜 连接单元 界面特性 夹具效应 差异变形

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高面膜堆石坝面膜局部顶破、刺破概率分析方法——高面膜堆石坝关键技术(六) 被引量：2

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作者 姜晓桢 束一鸣 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2015年第1期37-41,共5页

针对堆石坝面膜与垫层颗粒间接触状态存在较大的随机性和无序性的问题,结合土工膜材料力学强度与抗顶破、刺破能力之间的关系,建立了一种简化条件下计算土工膜发生局部顶破、刺破概率的方法,并分析了垫层颗粒不同粒径、不同压力与土工... 针对堆石坝面膜与垫层颗粒间接触状态存在较大的随机性和无序性的问题,结合土工膜材料力学强度与抗顶破、刺破能力之间的关系,建立了一种简化条件下计算土工膜发生局部顶破、刺破概率的方法,并分析了垫层颗粒不同粒径、不同压力与土工膜局部顶破、刺破概率之间的关系,同时以某面膜防渗堆石坝为例,给出了在土工膜整体受力变形条件下堆石坝面膜防渗结构安全概率的分布情况。分析结果表明:压力越大、颗粒粒径越大,土工膜发生顶破、刺破的可能性越高,并且由于局部土工膜所受到的不平衡力的方向的不确定性,所以土工膜发生顶破、刺破的概率与颗粒粒径和压力具有明显的两段函数关系。 展开更多

关键词 面膜堆石坝 面膜防渗 土工膜 顶破 刺破 垫层颗粒 接触力 概率分析

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高面膜土石坝防渗结构中土工膜弯折（褶皱）试验研究 被引量：7

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作者 张宪雷 刘云锋 +1 位作者 顾克 毛文龙 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1555-1561,共7页

针对面膜土石坝防渗结构设计与施工过程中存在防渗土工膜弯折(褶皱)问题,将弯折定性分为结构性弯折和非结构性弯折两种类型,为定量评价弯折作用造成的损伤及其规律,基于稳定性理论的薄板(壳)理论推演了影响土工膜弯曲变形的计算参数,并... 针对面膜土石坝防渗结构设计与施工过程中存在防渗土工膜弯折(褶皱)问题,将弯折定性分为结构性弯折和非结构性弯折两种类型,为定量评价弯折作用造成的损伤及其规律,基于稳定性理论的薄板(壳)理论推演了影响土工膜弯曲变形的计算参数,并在理论分析的基础上自主研发一套试验装置。试验方案选用两种不同PVC土工膜作为试验材料,取90°最大弯折角度进行试验研究,并模拟4℃库水温度试验环境,试验结果表明弯折作用造成土工膜力学性能指标衰减,弯折作用120 d后,SY-GM土工膜断裂强度衰减度达到58.71%。根据试验数据分析成果,提出了增大弯折曲率半径和减小曲面弯折角度结构措施降低指标衰减度。 展开更多

关键词 面膜土石坝 试验研究 土工膜 弯折

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面膜堆石坝不同品种土工膜力学特性 被引量：2

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作者 张宪雷 马仲阳 吴云云 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期940-952,共13页

针对面膜堆石坝主体防渗材料常用的几个品种土工膜力学性能,展开了土工膜单向拉伸、液胀、耐局部划痕损伤和适应颗粒垫层变形能力的试验性研究。试验分析成果表明:1.0 mm厚的膜材中PVC-HX膜的杨氏模量、应力应变线弹性区间和适应变形能... 针对面膜堆石坝主体防渗材料常用的几个品种土工膜力学性能,展开了土工膜单向拉伸、液胀、耐局部划痕损伤和适应颗粒垫层变形能力的试验性研究。试验分析成果表明:1.0 mm厚的膜材中PVC-HX膜的杨氏模量、应力应变线弹性区间和适应变形能力方面具有一定优越性;划痕长度、方向和深度占膜厚比值相同的条件下,TPO膜耐局部划痕损伤能力较强,PVC-HX膜仍展现良好的耐损伤极限强度和极限延伸率,能够满足膜防渗结构力学性能要求;厚度大于0.8mm的HDPE/PE膜刚度偏大,适应变形和耐局部划痕损伤能力偏低,不适用于高水头压力下多孔隙介质垫层的膜防渗结构。试验成果分析表明膜厚大于1.0mm的PVC-HX膜和TPO膜在高面膜堆石坝膜防渗结构中应用具有潜在优势,工程设计厚度不大于0.8 mm的土工膜可优先选择HDPE/PE膜。 展开更多

关键词 面膜堆石坝 土工膜 杨氏模量 液胀强度 划痕损伤

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面膜堆石坝焊接施工土工膜形变特性研究 被引量：2

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作者 吴修宇 张宪雷 吴云云 《人民珠江》 2021年第1期73-78,92,共7页

针对土工膜经向与纬向焊缝处粗糙不平、局部褶皱影响焊接质量问题,选用热机械分析仪对HDPE/PE/PVC 3种土工膜展开热力学形变-温度规律试验性研究,采用试验与理论分析相结合的研究方法,揭示了焊接施工土工膜形变特性。试验成果分析认为经... 针对土工膜经向与纬向焊缝处粗糙不平、局部褶皱影响焊接质量问题,选用热机械分析仪对HDPE/PE/PVC 3种土工膜展开热力学形变-温度规律试验性研究,采用试验与理论分析相结合的研究方法,揭示了焊接施工土工膜形变特性。试验成果分析认为经/纬向形变差异是主要原因,生产工艺流程中土工膜温度应力历史和分子结构取向是问题的本质原因,将样品充分熔融并在无约束条件下自然冷却成型,然后取样进行形变-温度试验,试验成果验证了理论分析的合理性。笔者根据研究成果提出改进生产工艺避免分子结构取向、合理控制冷却温度速率梯度方法,以及适当增大经纬向之间焊接搭接宽度以抵消因两者热力学形变特性迥异产生的差异形变量。 展开更多

关键词 面膜堆石坝 试验研究 热机械分析仪 土工膜焊接 形变特性

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江坪河大坝面板2.5mm PVC防渗膜施工及质量控制

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作者 杨东 《建筑技术开发》 2021年第1期133-135,共3页

江坪河水电站大坝是世界第三高混凝土面板堆石坝。考虑到坝体高度较大,水库蓄水后深水位压强对大坝防渗面板的作用力也较大,为确保面板有效防渗,经设计研究论证后决定,在面板表面增设2.5mm PVC防渗膜防渗加强系统。施工过程中根据生产... 江坪河水电站大坝是世界第三高混凝土面板堆石坝。考虑到坝体高度较大,水库蓄水后深水位压强对大坝防渗面板的作用力也较大,为确保面板有效防渗,经设计研究论证后决定,在面板表面增设2.5mm PVC防渗膜防渗加强系统。施工过程中根据生产性试验结果并结合现场实际情况制定了施工工艺及质量控制要点。从下闸蓄水后观测结果分析,水位线以下面板防渗的效果良好,达到了预期的目的,实践证明PVC防渗膜起到了良好的防渗作用,可以为类似工程提供借鉴。 展开更多

关键词 钢筋混凝土面板堆石坝 PVC防渗膜 施工工艺 质量控制

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