摘要：土工膜是一種重要的土工合成材料，在水利堤壩、灌渠、廢料掩埋等工程領(lǐng)域有著大量的使用。相對(duì)其它土工合成材料而言，其功能定位更為專(zhuān)門(mén)，主要是在上述各類(lèi)工程中發(fā)揮抗?jié)B透作用。因此，對(duì)其滲透性能的測(cè)試和研究極具價(jià)值。文章以實(shí)驗(yàn)室滲透試驗(yàn)為基礎(chǔ)探究了不同滲透壓力下土工膜的滲透系數(shù)變化規(guī)律，又通過(guò)階梯式加載-卸載循環(huán)研究了滲透系數(shù)與壓力加載路徑之間的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在不同的滲透壓力下，土工膜的滲透系數(shù)變化主要有三種模式，即維持穩(wěn)定、升高和降低，這與土工膜的表面結(jié)構(gòu)完整性有關(guān)。此外，當(dāng)表面存在缺陷或是遭受損傷后，土工膜的滲透性能隨加載路徑呈現(xiàn)出階段變化。

關(guān)鍵詞：滲透性，壓力，加載路徑，土工膜，連續(xù)聚合物

中圖分類(lèi)號(hào)：TD985文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-9545（2023）02-0052-（04）

DOI：10.19717/j.cnki.jjun.2023.02.011

土工膜是一種滲透性能十分有限的土工合成材料，形態(tài)呈薄膜狀，主要用于堤壩、溝渠、路基、港口以及垃圾填埋場(chǎng)等各類(lèi)巖土工程或是環(huán)境工程之中以控制部分液體以及氣體的滲透遷移[1-6]。相對(duì)于其它抗?jié)B透材料，土工膜的抗?jié)B透性更好、質(zhì)量更輕、變形能力更強(qiáng)、施工更方便且價(jià)格更為低廉。目前大部分的土工膜，除部分特殊用途的土工膜外，基本都采用連續(xù)聚合的片狀高分子材料制造而成，這類(lèi)土工膜也稱(chēng)為連續(xù)聚合土工膜[7]。

對(duì)土工膜而言，其功能定位相對(duì)其它土工材料更為專(zhuān)門(mén)化，而滲透性對(duì)其核心功能隔離和控制液體及氣體流動(dòng)極為重要，是評(píng)價(jià)其水力學(xué)性能中不可或缺的一項(xiàng)指標(biāo)?，F(xiàn)有的研究及應(yīng)用中一般以垂直滲透試驗(yàn)的方法來(lái)評(píng)價(jià)土工膜的滲透性能。國(guó)內(nèi)學(xué)者在此方面積累了一定的成果：崔中興等總結(jié)對(duì)比了土工膜滲透測(cè)試中的各種方法，對(duì)不同測(cè)試方法的優(yōu)缺點(diǎn)做了系統(tǒng)總結(jié)[8]；代春波、宮愛(ài)華等分別以理論及室內(nèi)試驗(yàn)的方法探究了溫度對(duì)土工膜滲透系數(shù)的影響，并就其工程應(yīng)用給出了針對(duì)性意見(jiàn)[9-10]。張光偉等以統(tǒng)計(jì)和室內(nèi)試驗(yàn)的方式探究了測(cè)試儀器及制造缺陷對(duì)土工膜滲透性的影響，結(jié)果指出了柔性壁滲透儀的優(yōu)越性及制造缺陷與滲透系數(shù)間的關(guān)聯(lián)性[11-12]。然而，這些研究都未對(duì)影響土工膜滲透系數(shù)變化的機(jī)理做出更進(jìn)一步的闡述，對(duì)滲透試驗(yàn)中各類(lèi)影響因素缺少進(jìn)一步的確定性描述。

文章為改進(jìn)這一現(xiàn)狀，以室內(nèi)垂直滲透實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)連續(xù)聚合土工膜的滲透性影響因素做了初步探究，分析了水頭壓力及加載路徑與滲透系數(shù)之間的聯(lián)系，為土工膜的工程應(yīng)用和室內(nèi)檢測(cè)提供了參考依據(jù)。

1連續(xù)聚合土工膜垂直滲透試驗(yàn)的設(shè)備及水力學(xué)表征

1.1試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用PN3230M 型柔性壁滲透儀，其工作結(jié)構(gòu)及工作原理如圖1所示。與其它類(lèi)型的滲透檢測(cè)設(shè)備相比，柔性壁滲透儀有更好的密封性，能改善實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的側(cè)壁滲漏狀況，另外檢測(cè)過(guò)程中的滲透壓力也能實(shí)現(xiàn)精確控制。

1.2試驗(yàn)結(jié)果的水力學(xué)表征

一般用滲透系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)土工膜的滲透性能，滲透系數(shù)是指單位水頭壓力下的單位滲流量。文章采用垂直滲透試驗(yàn)的方法來(lái)測(cè)定連續(xù)聚合土工膜的滲透系數(shù)，其計(jì)算定義如下[13]：

2連續(xù)聚合土工膜垂直滲透試驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)選取4組試樣L1、L2、L3、L4分別在100 kPa、200 kpa、300 kpa、400 kpa、500 kpa、600 kPa的滲透壓力下測(cè)定其滲透系數(shù)，為保證結(jié)果不受偶然因素干擾，每組試樣以3個(gè)試件的平均結(jié)果作為該組的最終結(jié)果。此外，選取2組試樣Y1、Y2，同樣每組3個(gè)用以進(jìn)行應(yīng)力路徑測(cè)試。應(yīng)力測(cè)試加載分三個(gè)步驟進(jìn)行：首先，自100kPa開(kāi)始，以100kPa為間隔逐級(jí)臺(tái)階式提高滲透壓力至600kPa；然后，再以100kPa為間隔逐級(jí)臺(tái)階式進(jìn)行卸壓；最后，以相同的方式重復(fù)第一步，進(jìn)行二次加載。試驗(yàn)中所用的試樣如圖2所示，其部分物理參數(shù)由表1給出。

3.1滲透壓力

不同滲透壓力下連續(xù)聚合土工膜的滲透系數(shù)變化如圖3所示。

從圖3可以看出，隨著滲透壓力的升高土工膜的滲透系數(shù)發(fā)生了規(guī)律性變化，其變化模式主要有三種：

（1）滲透系數(shù)基本穩(wěn)定，如L1，L3兩組所示

（2）滲透系數(shù)與原來(lái)相比有所提高，如L2所示

（3）滲透系數(shù)與原來(lái)相比有所降低，如L4所示

通過(guò)進(jìn)一步的測(cè)量與觀察發(fā)現(xiàn)，滲透系數(shù)基本維持穩(wěn)定的兩組土工膜在單位質(zhì)量、表面結(jié)構(gòu)完整度、以及損傷磨損程度上都要優(yōu)于其他兩組。這說(shuō)明對(duì)于質(zhì)量更好的連續(xù)聚合土工膜，其滲透系數(shù)基本維持穩(wěn)定，不會(huì)受滲透壓力的影響而變化太多。而土工膜的質(zhì)量不佳或是遭受一定的損傷以后，其滲透系數(shù)會(huì)出現(xiàn)下降或是升高的變化，而具體的變化趨勢(shì)由土工膜改變后的表面結(jié)構(gòu)形態(tài)所決定。

3.2加載路徑

Y1組和Y2組在加載路徑不同時(shí)的滲透系數(shù)變化情況詳見(jiàn)圖4。

從圖4（a）中可知，對(duì)于Y1組：其第一步驟中滲透系數(shù)基本維持穩(wěn)定，第二步驟中滲透系數(shù)略有增長(zhǎng)，最后的二次加載步驟中滲透系數(shù)先有一定程度上升，后來(lái)逐漸下降至穩(wěn)定；

從圖4（b）中可知，對(duì)于Y2組：其第一步驟中滲透系數(shù)持續(xù)攀升直到第一步驟的加載完成，第二步驟中滲透系數(shù)基本維持在第一步驟結(jié)束時(shí)的水平，第三步驟中滲透系數(shù)與Y1組中相似，都是先升高，而后逐漸降低，最終穩(wěn)定。造成Y2組在第一步中滲透系數(shù)變化的主要原因是由于該組土工膜的厚度不均勻以及膜表面結(jié)構(gòu)中存在缺陷，這些缺陷這使得土工膜內(nèi)部的滲流通道增多或是減少，而相應(yīng)的滲透系數(shù)則升高或是降低。

4結(jié)論

文章以連續(xù)聚合土工膜的垂直滲透室內(nèi)試驗(yàn)為依據(jù)，通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)探究了不同滲透壓力以及不同加載路徑下土工膜的滲透系數(shù)的變化，所得結(jié)論如下：

（1）土工膜的滲透系數(shù)隨滲透壓力的變化模式有三種：維持穩(wěn)定、降低和升高。具體的變化模式受土工膜的質(zhì)量影響，質(zhì)量越好的土工膜其滲透系數(shù)越穩(wěn)定。

（2）土工膜滲透系數(shù)對(duì)加載路徑變化的響應(yīng)與土工膜內(nèi)部滲流通道的改變有關(guān)。

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Influence of Head Pressure and Loading Path on

Permeability of Continuous Polymer Geomembrane

CHEN Neng

（Testing Department of Taizhou Traffic Engineering Testing and Testing Center Co.，Ltd.，Taizhou Zhejiang，318000，China）

ABSTRACT Geomembrane was an important geosynthetic material，which was widely used in engineering fields such as water dykes，irrigation channels，and waste burial. Compared with other geosynthetic materials，its functional positioning was more specialized，mainly in the above-mentioned various types of projects to play an anti-osmotic effect. Therefore，testing and research on its permeability was extremely valuable. Based on the laboratory penetration test，the paper studied the variation law of the permeability coefficient of geomembrane under different osmotic pressures，and studied the relationship between the permeability coefficient and the pressure loading path through the step loading-unloading cycle. It was found that under different osmotic pressures，the permeability coefficient of geomembrane changes mainly in three modes，namely，maintaining stability，increasing and decreasing，which was related to the surface structural integrity of geomembrane. In addition，the permeability of the geomembrane exhibited a phase change with the loading path when the surface was defective or damaged.

KEY WORDS Permeability；Pressure；Loading Path；Geomembrane；Continuous Polymer

（責(zé)任編輯 羅江龍）