[发明专利]一种膜下排气盲沟及其设计方法

权利要求书

1.一种膜下排气盲沟的设计方法，所述盲沟用于排出水库铺膜防渗工程土体中的气体，为棋盘式结构，由每两条横向盲沟和每两条纵向盲沟之间围出边长相等的矩形土体单元；其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)根据地下水位确定设计埋深H；

(2)计算水库中部膜下土体单元的需要排出膜下气体体积量Q_a；

水库中部膜下土体单元的需要排出膜下气体体积量按下式预估：

式中η为土中气体体积残余系数，是指膜下土体气体残余体积与总孔隙气体积比值，其中土体气体残余体积为总孔隙气体积扣除直接运移至盲沟的气体体积的值；ρ_p为在压力p条件下气体的密度；g为重力加速度；e为膜下土体平均孔隙比；S_r为饱和度；S为盲沟间距，即水库中部土体单元的边长；H为地下水位设计埋深；

式中ρ_p通过理想气体状态方程换算，计算式为：

式中T为膜下气体温度，单位为摄氏度；p为膜下气体相对大气压力的压力示数，即相对压力；μ为膜下气体分子的摩尔质量；

(3)计算水库中部膜下土体单元的四周盲沟的排气能力Q_ak；

膜下土体单元的盲沟排气能力Q_ak计算式为：

Q_ak＝8k_aht_aΔp (3)

式中k_a为膜下土体单元排气系数；t_a为允许膜下土体单元排气时间；Δp为膜下土体单元中心至盲沟之间的气压差；

(4)根据水库中部膜下需要排出的膜下气体体积量Q_a不大于盲沟排气能力Q_ak确定最小盲沟间距；所述盲沟间距为相邻两盲沟的中心距离；

按下式确定排气盲沟间距S的最小值：

式(4)表明增大排气盲沟间距的因素主要是土体具有较大的排气系数k_a、盲沟深度h、允许排气时间t_a及允许膜上气压差Δp；而气体密度ρ_p、地下水埋深H增大，相应需减小盲沟间距；

(5)确定盲沟材料结构和空隙体积率的设计指标；

膜下土体单元及盲沟材料介质的设计指标包括有效饱和度、渗气系数、允许膜下土体单元排气时间和允许膜上气压差，其中有效饱和度S_e按下式计算：

式中，S_r为介质的饱和度；S_rl为残余饱和度；

渗气系数k_a与饱和度相关，由经验公式确定：

式中，k_d为干燥状态下土体渗气系数；λ为与土体饱和度相关的土水特征曲线斜率；

允许膜下土体单元排气时间t_a不大于地下水位上升时间t_w，即t_a≤t_w，其中t_w的计算式为

式中，v_w为地下水位上升速度；

所述允许膜上气压差Δp根据膜上覆土层厚度和覆土湿容重确定。

2.根据权利要求1所述的膜下排气盲沟的设计方法，其特征在于，所述盲沟中布设一条直径不小于100mm的土工盲管，截面为蜂窝煤状；所述土工盲管外包土工布，周边回填碎石，所述盲沟外包一层土工布。

3.根据权利要求1所述的膜下排气盲沟的设计方法，其特征在于，所述盲沟截面尺寸为建基面下盲沟深度h，宽度b，盲沟截面面积A为b·h，所述深度h和宽度b均不小于30cm。