温度对复合土工膜施工性能的影响

复合土工膜由土工膜和土工织物组成，相比 其他防渗材料，具有优越的延展性及防渗性，不 仅能适应坝体的大变形，并可以发挥很好的防渗 作用，主要用于土石坝、堤防、围堰等水库工 程［1－2］，以及蓄水池、渠道、垃圾填埋场等防渗工 程［3］。已建的水库工程中，土石坝的数量达 90% 以上，其中土工膜防渗土石坝与同时代起步的碾 压混凝土坝和混凝土面板堆石坝相比，发展明显 滞缓，在土工设计中也涉及一些特殊的问题。当 在斜坡上铺设土工膜时，土工膜与其他材料 ( 包 括土类) 之间的摩擦特性，是工程设计时一个非 常重要的控制指标。土工膜表面较为光滑，它与 其他材料间与土类材料相比的摩擦角小，易沿斜 面滑动，往往构成优先滑动面。若设计中考虑界 面摩擦角较小，则边坡、坝坡坡度必然过缓，势 必会加大工程量，造成经济浪费; 反之，安全性 能大幅度降低。因此正确评价土工膜界面的摩擦 特性是工程中亟待解决的问题之一。

坝体在施工及运行过程中各种外部荷载作用， 往往会发生沉降变形及向下游的水平位移，在土 工膜与面板联合防渗结构中，这一位移通过周边 结构传递给垫层表面的土工膜，从而使得土工膜 与垫层材料之间发生接触剪切作用，最终产生拉 伸变形乃至破坏［4－7］。大量工程实例表明，在土石 坝工程设计中，垫层所采用的材料是设计人员需 要考虑的非常重要问题，当土工膜防渗体铺设在大坝的上游面，作为防渗斜墙时，对坝坡的稳定 性影响较大［8－9］。 在温带大陆性气候地区，常在夏季较炎热的 环境下施工，温度较高时，施工面温度经常达 40 ℃，有时甚至能达到50 ℃ ; 在土工膜上铺筑现 浇砂浆或现浇混凝土，水化热过程，可使土工膜 环境温度更高，工作环境受到温度的严峻挑战。 目前，因土工膜为高分子材料且多为黑色，性能 受温度影响很大［10］，外界温度变化会使土工膜基 本力学性能发生变化，温差过大有可能造成张拉 力过大而滑落，或因变形过大土工膜上覆砌块等 保护层滑落失去防渗能力，特别在施工阶段或未 输水期间更易发生破坏［11－14］。有关土工膜的研究 中，主要侧重于构造和施工方面，少有温度与材 料剪切性能之间关系的研究，本次试验研究将明 确探究试验温度对土工膜界面摩擦的影响。研究 成果可正确认识在不同试验温度下复合土工膜与 不同剪切材料的界面摩擦参数的变化规律，对于 工程设计人员评价坝坡稳定性具有重要的指导 意义。

仪器设备 土工膜直剪仪是进行土工膜与砂浆试块之间 接触剪切力学特性的主要仪器，本次试验采用上 海某仪器设备生产厂生产的 TZY－1 型土工合成材 料综合测定仪。垂直荷载采用高精度调压阀和滚 动隔膜气缸组成的闭环反馈稳压系统，应变式水 平荷载由电机驱动变速箱均匀加载，速率可根据 要求调节。 1. 3 试验方法 将试验材料置于 TZY－1 型土工合成材料测定 仪上进行，直剪试验的剪切盒为面积递减型，剪 切盒尺寸选用 200 mm×200 mm×50 mm。将土工膜 固定于下剪切盒上，由固定夹固定。调整水平加 荷装置，使水平顶杆刚好与下剪切盒接触，开启 电机进行试验。