面膜堆石坝焊接施工白色土工膜形变特性研究

针对白色土工膜焊缝经纬向粗糙、局部褶皱影响焊接质量的问题，选用热力分析仪对HDPE/PE/采用实验与理论分析相结合的研究方法，对三种PVC白色土工膜的热力学变形-温度规律进行实验研究，揭示焊接过程白色土工膜的变形特性。根据试验结果分析，经向/纬向变形差异是主要原因，白色土工膜在生产过程中的温度应力历史及分析下部结构方向是问题的根本原因。将样品在无约束条件下充分熔化并自然冷却，然后取出样品进行变形温度测试。实验结果验证了理论分析的合性。

根据研究结果，作者提出改进生产工艺，避免分子结构取向，合理控制冷却温度采用速率梯度法，适当增加经纬度之间的焊接搭接宽度，以抵消两者热力学变形特性差异较大而产生的差异变形。人民珠江2021年第1期自20世纪80年代起，白色土工膜开始应用于水利工程在各个工程领域，白色土工膜防渗和土石坝近年来发展迅速速度[1]。根据白色土工膜在坝体断面上的位置，束Yiming等[2]将此类堆石坝分为膜堆石坝和心墙坝石坝有两种类型，白色土工膜位于坝体上游面，起到防渗作用堆石坝又称面罩堆石坝。除了坝体主体防渗结构的存在除区别外，面罩堆石坝与面板堆石坝的坝体结构同样，聚合物防渗口罩背后的无接缝和防水性也是两者的明显区别。所不同的是[3]，坝面无结构缝防渗是面罩堆石坝的基础。此功能。

面罩堆石坝在国内外应用广泛，尤其是坝面非白色土工膜防渗土石坝除险加固及坝体/坝基防渗根据国际大型水坝委员会 2010 年的数据，具有大型定居点的新建设项目据完全统计，全球已建成面罩堆石坝183座，其中中国占据43个席位[4]，其他主要分布在欧美国家，但受相关影响标准限制国内堆石坝以中低坝为主。最近几年，环保法规逐步强化对粘性土材料开采的限制。但防渗土材料日益匮乏，软岩土、石料被深度填埋或覆盖层上高坝长期变形量大，防渗结构具有较好的柔韧性面罩堆石坝备受坝界关注[5]。国内设计部尝试突破规范约束，探索建设高面板堆石坝，如国内规划设计中软岩充填比例最大的老挝南欧河六级水面膜堆石坝（88 m）于2016年建成，监测结果显示蓄水量加水后工作状态正常[6-7]。面罩堆石坝防渗白色土工膜在周边接头结构等位移差较大的零件中，拉伸变形量大，尤其对于较高面板堆石坝，变形更为复杂国外工程中常用的是柔韧性好的PVC白色土工膜。初级防渗材料。低渗透白色土工膜是面罩堆石坝的主要防渗结构上游坝面铺设防渗材料，上部一般铺设一层保护层可抵抗外部因素（如紫外部辐射导致膜材料老化等），也有已完成的项目将其暴露在敷设裸露于坝面，无工程防护措施[8]。白色土工膜质地柔软，母材一般为聚乙烯（PE）、高密度聚乙烯（HDPE）和聚乙烯（PVC）等有机聚合物，由于生产设备/技术的限制，白色土工膜一般是在单独的框架中生产的，最大宽度6～8m，长度不限，工程现场应用白色土工膜拼接技术实现了整个坝面的铺设（图1）。图1 白色土工膜焊接现场及焊接设备文献[9]将白色土工膜卷材的宽度方向和长度方向分别称为。对于纬向和经向，单张白色土工膜的一般经向尺寸可以满足上游坝坡长度有要求，纬向尺寸很难达到坝轴长度因此，大面积白色土工膜防渗必须现场拼接层。坝面白色土工膜的拼接主要是相邻两块白色土工膜的纬向/纬纱之间有拼接，但有局部经纱或经纬纱拼接，如面罩防渗结构周边接缝处的白色土工膜。为了方便坝肩周围接缝处趾板处一般选用白色土工膜锚固施工采用较短长度的白色土工膜，一端锚固，另一端自由，锚固完成后与坝坡白色土工膜焊接在一起［10］;相同的这样，才能实现坝基与坝体完整的防渗系统，坝基该位置需要开槽固定墙体，白色土工膜一端垂直铺设在槽内下沉密封沟槽，这部分白色土工膜一般称为基础膜，相邻的两层基础膜拼接完成后与坝坡白色土工膜焊接。大部分都是这种焊接用于翘曲/翘曲焊接。PVC/PE/HDPE 白色土工膜样品的初始温度为 25°C随着温度继续升高，变形-温度关系曲线如图4和图5所示。

图4显示结果表明，随着温度的升高，三组白色土工膜的变形量逐渐增大，变化幅度也随之增大。趋势基本一致，宏观表现为热膨胀，属于膨胀变化。形状。从图中可以看出，PVC样品的熔点温度约为155℃。右图，HDPE/PE样品的熔点约为180℃，变形量随温升呈现不同的变化曲率，前期呈线性变化，后期呈线性变化周期呈抛物线趋势，直到样品接近熔点温度时，变形陡峭增加。 PVC白色土工膜样品在25-110℃温度范围内的变形情况其量随温度升高而线性增加，从110℃到熔点在155℃范围内，变形膨胀速率加快，呈现抛物线增长趋势。电位，155℃后变形保持不变，呈熔融状态。度，变形急剧增大。可见经向PVC的熔点温度为165℃

HDPE/PE样品的熔点约为185℃，相比之下从变形-温度曲线得到的熔化温度稍高。三位一体变化趋势基本是早期变形随着温度的升高而线性增加。后变形随着温度的升高而非线性减小。 PVC白色土工膜在25～80℃温度范围内，变形增加小，变形量小随着温度升高，呈现缓慢增加趋势，属于正常吸热膨胀；从 80°C 到熔点 165°C 范围内变形随温度升高的变化显着，但变形并未表现出正常的吸热膨胀现象，而是发生吸热收缩，PE/HDPE白色土工膜也有这种现象。就像，只是发生的温度范围不同。 PVC白色土工膜收缩率在80～100℃温度范围内，变形量逐渐减小，处于收缩变形初期，收缩速度较慢；温度范围100-150°C内部样品的变形继续收缩，但收缩速度明显加快，达到当温度为150℃时，收缩变形量有极值，当温度为150-165℃时区间内样品变形突然增大，呈现正常吸热膨胀直到样品的熔点达到165℃时变形才会改变。这三种白色土工膜白色土工膜均表现出吸热性收缩特性与一般工程材料热胀冷缩的热力学规律相反，虽然初始变形较慢，但符合吸热膨胀规律。薄膜在不同温度范围内表现出两种完全不同的热力另外，翘曲变形-温度曲线下的熔点温度略有下降。高于纬度。与白色土工膜横向变形-温度曲线对比显示根据吸热膨胀现象，可以推断纬度和经度方向的变形趋势不同。它可能与聚合物结构排列或两个方向的应力历史有关。