垫层颗粒粒径与膜厚的影响因素分析

垫层颗粒过粗而导致土工膜的破损是与相邻垫层和水压力等外压力作用两种情况有关的（图3.20）。对于这种情况，可以把它看作弹性薄膜均匀受压而在四边支承的弹性问题。设m为在1m2面积上与土工膜接触点的数目，则m可按式（3.14）计算：

式中：γd为土的干密度；γs为土粒的比重。

这样，可求得4个接触点所包围的正方形面积，并依此推算出与其等面积的圆的直径d′：

按照弹性薄膜理论：

式中：σt为薄膜承受的拉应力；P为垂直膜平面的均匀正压力；t为薄膜厚度；s为土工膜中点的垂度。(www.xing528.com)

设以允许拉应力[σt]代替σt，令垂度S取为d′/2，则可得膜厚度：

式中：γw为水容重；H为水头。

因此只要知道土的平均粒径d50、干容重γd、比重γs、水头H以及土工膜的允许拉应力，即可求得土工膜的厚度。上述的允许拉应力[σt]应等于极限拉应力除以安全系数，安全系数可以取5。

上述公式包含了许多假定，似乎没有考虑尖角土粒的刺穿，土工膜本身的渗漏特性，土工膜的不均匀性和缺损，以及施工影响等因素，因此在实际工程的选用中，一般厚度都不少于0.5mm，这点在《水利规范》中已有明确规定。对于较重要的工程，土工膜的厚度应在1.0mm以上，否则，难以保证焊接质量。

还应指出，当下垫层的粒径较大时，最好选用复合土工膜，以防大颗粒尖角刺破防渗膜。

顺便指出，我国以往某些小型土坝采用厚度仅为0.3mm的土工膜防渗，据说效果也很好。但这样的做法风险较大，虽然节省了一些投资，但工程的风险大大增加，似不可取。而在大型工程中则是不能采用的。