土石坝防渗（复合）土工膜缺陷及其渗漏问题研究进展

岑威钧（河海大学水利水电学院，江苏南京 210098）



土石坝防渗（复合）土工膜缺陷及其渗漏问题研究进展

岑威钧
（河海大学水利水电学院，江苏南京 210098）

摘要：在国内外众多土石坝采用（复合）土工膜防渗的工程背景下，分析了坝面或坝内土工膜缺陷的类型及产生缺陷的原因。归纳总结了国内外已有（复合）土工膜缺陷渗漏问题的研究成果，认为现有研究成果不适用于解决高土石坝复合土工膜的缺陷渗漏问题。同时认为高土石坝复合土工膜的缺陷演化规律、缺陷渗漏对坝体渗流场分布及对大坝安全的影响，以及如何采取有效的限渗减漏措施预防和减小缺陷渗漏量，已成为高土石坝复合土工膜防渗工程发展的瓶颈。为此，建议对复合土工膜的缺陷渗流特性进行试验研究，同时采用理论分析、数值模拟和工程实例反馈分析等手段对土石坝中复合土工膜的缺陷渗流及缺陷演化等相关问题进行系统研究，以便为复合土工膜防渗高土石坝的渗漏安全评判、预防及修复等方面起到理论指导作用。

关键词：土石坝；（复合）土工膜；缺陷渗漏；模型试验；数值模拟；反馈分析

现代土石坝尤其是（较）高土石坝，其防渗体基本以黏土心墙（斜心墙或斜墙）、混凝土面板、沥青混凝土心墙为主。与传统的防渗材料（黏土、混凝土）相比，（复合）土工膜具有更为优越的防渗性能，且具有施工速度快、造价低廉等优点，这点已为大家所共识[1-2]。目前，国内外已有众多土石坝（含堤防）及围堰等临时工程成功采用土工膜或复合土工膜进行防渗[3-5]。土工膜在土石坝中的布置位置主要有两种：一种是覆盖在土石坝的上游坝面，土工膜被当作柔性防渗面板，坝体结构形式与混凝土面板坝相似，如阿尔巴尼亚的Bouilla坝、西班牙的Poza de Los Ramos坝、我国的钟吕堆石坝（修复加固时改为面板坝）、西霞院土石坝和小岭头堆石坝等均采用这种布置形式。根据上游坝坡的陡缓程度不同，土工膜的结构布置形式略有差异，关键是让土工膜能在坝面维持稳定以及与周边刚性结构之间进行合理连接[6]。对于透水地基上的土石坝，坝面土工膜可以向上游坝基延伸，兼做铺盖之用，如尼日利亚的Jibiya坝、中国的小青沟二库坝、王甫州水利枢纽围堤等工程。考虑到坝面铺设土工膜用材较多，且运行期易受外界环境影响，另一种布置方式是将土工膜铺设于坝体中间作为防渗心墙。我国云南塘房庙大坝、田村坝、三峡二期围堰等工程采用此类防渗设计形式。施工时一般将复合土工膜铺设成“之”字形，与坝体填筑协同进行，以便更好地适应坝体变形。

新建或已建土石坝均可采用（复合）土工膜进行防渗或渗漏加固。目前国际上土工膜防渗水头最高的新建土石坝为西班牙97m高（后加高至134m）的Poza de Los Ramos堆石坝，而老坝渗漏加固的最高土石坝为葡萄牙110 m高的Paradela面板堆石坝。老挝在建的88 m高的南乌江六级水电站土石坝也采用复合土工膜防渗。我国土石坝采用土工膜或复合土工膜进行防渗起步较晚，究其原因是多方面的，除早期受生产工艺、耐久性、施工工艺等限制外，更主要的可能是人们对土工膜的工程特性认识不足，担心土工膜的缺陷渗漏和耐久性等问题。SL274—2001《碾压式土石坝设计规范》规定复合土工膜防渗只能用于坝高小于30 m的3级低坝，这在很大程度上限制了土工膜在较高土石坝中的应用。实际上，也有几个坝高超过30 m的土石坝在经过论证后突破了SL 274—2001的约束，例如云南53m高的塘房庙堆石坝、广西48 m高的田村堆石坝、深厚覆盖层（最大厚度143m）上56m高的四川仁宗海堆石坝[7]等均进行了大胆创新。对于老坝防渗加固，我国也有不少成功实例，如陕西85 m高的石砭峪定向爆破堆石坝成功采用坝面铺膜的方式解决了大坝长期严重渗漏问题[8]。2008年颁布的DL/ T 5395—2007《碾压式土石坝设计规范》将土工膜防渗坝高提升到100 m高的3级中坝，在很大程度上鼓励（较）高土石坝工程采用复合土工膜进行防渗。与一般的堤防或低坝不同，高土石坝挡水水头高，采用复合土工膜防渗的一个突出问题就是土工膜的缺陷渗漏问题。随着坝高的增加，复合土工膜的防渗面积大幅度增加，相应的复合土工膜之间的拼接缝、与山体边界或防渗墙的连接缝以及施工中造成的隐性破损等也会相应地大幅增加。这些拼接缝、连接缝及隐性破损等均不同程度地造成复合土工膜的缺陷孔洞或缺陷缝隙，在高水头作用下，其缺陷渗漏可能相当可观，势必会对大坝安全造成隐患。

1 土石坝中（复合）土工膜的缺陷类型及产生原因

土石坝中（复合）土工膜的缺陷包括细观和宏观两类。其中，细观缺陷多为生产过程中母材不均一性导致的细微孔眼[1]，称之为“鱼眼”，其孔径一般在微米级，远小于土工膜的厚度。在一定的受力条件下，这些“鱼眼”就会裂解扩张，成为微小渗透通道。实验室内测定土工膜渗透系数时测得的渗流量就是这种细观缺陷渗漏量。对于土工膜防渗土石坝，并不需要关心土工膜的细观缺陷渗漏，而是要重点考虑土工膜宏观缺陷引起的渗漏。这些宏观缺陷主要是产品制造、设计、施工及运行等原因造成的。

首先，产品制造质量导致的宏观缺陷主要表现为土工膜厚度局部变薄或损伤[9]、局部夹杂异物等。只要控制好原材料的质量及严格执行生产标准，这类缺陷是可以避免的。其次，对于土工膜防渗土石坝，不正确的设计同样会引起土工膜产生缺陷。这类缺陷主要发生在与岸坡、岩基、防渗墙、防浪墙等刚性建筑物的连接处。与这些结构部位连接时需要给土工膜一定的变形空间，不能处于“紧绷”状态，否则容易出现“夹具效应”[10]，引发土工膜受拉缺陷破损。第三，土工膜的宏观缺陷更多的是在施工过程中产生，主要是土工膜拼接时脱焊、虚焊（或脱胶）等导致的缝状缺陷，以及施工人员或施工机械引起土工膜顶破和刺破的孔洞等，这类缺陷形状和大小不一，分布也具有一定的随机性。国外曾对某工程28处共20万m2的土工膜进行质量检测，结果表明，平均每1万m2中有26个漏水孔，其中69%出现在焊缝处[1]，由此可见施工质量的重要性。国内因土工膜施工工艺研究起步较晚，同时缺乏有经验的施工队伍，施工导致土工膜出现各种缺陷的数量和几率要远大于上述统计数据。第四，施工程序不当或土工膜铺设后未及时保护也会造成土工膜缺陷。比如，江西婺源51 m高的钟吕复合土工膜堆石坝[11]，土工膜的焊接由非专业人员施工和监理，在坝面铺膜未保护好的情况下爆破开挖溢洪道，导致复合土工膜出现1 000多处脱焊、漏焊和飞石击破孔洞。此外，土工膜防渗土石坝的结构受力特点也会使大坝在蓄水运行期出现土工膜的宏观缺陷。当防渗土工膜布置于坝面时，由大坝结构分析可知[7]，蓄水后坝轴向河床中部土工膜受压，两岸区域土工膜受拉，顺坡向河床顶部和底部区域土工膜受拉，中部受压，呈双向受拉特性[12]。因此蓄水期坝面土工膜在顺河向顶部和底部以及坝轴向两岸区域有拉裂的可能。虽然土工膜有一定的抗拉性能，但不足以抵抗坝体变形，一旦拉力超过极限强度，土工膜就会出现破损。

对于平原地区水库全库盘采用土工膜防渗的情况，初次蓄水时膜下地基内气体来不及排出，会顶托土工膜，可能引起土工膜的局部气胀破损，如山东省淄博市新城水库全库铺膜约1. 0 km2，因气胀破坏导致严重渗漏[13]。当水位降落过快时，由于膜下地基的渗透水排出需要时间，这期间较大的渗透压力可能会引起土工膜液胀漂浮现象，尤其是铺盖中部。当上托水压力远大于膜上水压力时可能引起土工膜的液胀破损。

对于将土工膜用作防渗心墙布设在坝体中央的情况，由于土工膜沿坝高方向一般多铺设成“之”字形，与坝体填筑协同进行，因此高度方向土工膜出现破损的可能性较小，但坝轴向仍然存在与坝面铺设土工膜一样的受力情况，依然可能出现因与坝体变形不协调导致的两岸拉伸破坏。

2 （复合）土工膜缺陷渗漏问题若干研究

在土工膜防渗工程中，土工膜一旦有了缺陷，其凸显的危害就是缺陷渗漏问题。我国于20世纪60年代中期开始土工膜的防渗应用，当时主要用于渠道、堤防等低水头水利工程，工程设计主要依靠主观认识和国外的实例经验[1]。虽然人们早已注意到土工膜的缺陷渗漏问题，但由于其问题的复杂性，几乎没有相关研究。到了80年代，国内外陆续有人对此开展专门研究，代表人物就是国际上著名的土工合成材料专家Giroud及其合作者[14-21]，Laine[22]、Eloy-Giorni[23]、Jayawickrama[24]以及国内吴景海[25]、束一鸣[26-27]、戴鹏飞[28]、顾淦臣[29]、刘凤茹[30]等学者对（复合）土工膜的缺陷渗漏问题也有不同程度的理论分析和试验研究。一般认为，对于因产品质量不均一性导致的土工膜细观缺陷，因其孔径明显小于土工膜厚度，渗漏量可由Poiseuille公式计算。由于这类缺陷渗漏量是非常微小的，因此不会对土石坝安全造成影响，设计时不需要考虑。因产品质量、设计、施工及运行等原因导致的土工膜的各类宏观缺陷形状比较随机，除了明显的缝状缺陷外，缺陷尺寸一般可用面积等效的圆形缺陷的孔径来表征，称为等效孔径。由于绝大多数土工膜宏观缺陷的等效孔径明显大于土工膜厚度，因此其渗漏情况需引起重视。埋设在土石坝中的土工膜的缺陷渗漏量与缺陷类型和大小、下垫层的渗透性及接触条件密切相关。若土工膜缺陷孔洞两侧均无渗流限制，缺陷渗流可视为自由出流，渗漏量可按Bernoulli公式计算。实际工程中可视为无限制出流的情况很少。Jayawickrama等[24]通过试验研究认为，如果下垫层的渗透系数大于10-1cm/ s，则缺陷处的渗漏仍可认为是无限制自由出流。Giroud 等[18]通过经验公式推导得出当下垫层的渗透系数大于104～105倍土工膜渗透系数时，下垫层对土工膜缺陷渗流的影响可以忽略，此时的缺陷渗漏量仍可按Bernoulli公式计算。目前，因暂时无法彻底认识和解决土工膜缺陷渗漏问题，土工膜防渗设计时倾向于土工膜的下垫层设计可能需要参照面板堆石坝的垫层设计思想，要求垫层起到辅助防渗（限渗）的作用，与土工膜共同形成所谓的复合防渗层。这种复合防渗层在水压力的作用下，一方面在土工膜与下垫层之间形成接触渗流，另一方面，渗透水流向下垫层扩散。对于后者，Jayawickrama等[24]于1988年应用Darcy定律在流线简化假设的基础上给出了复合防渗层渗漏的解析解。Giroud及其合作者[14-21]对与土工膜缺陷相关的渗漏量计算、渗漏液迁移及工程设计等问题进行了大量研究，尤其对于渗漏量的计算，通过理论分析和一些近似处理推导了土工膜与下垫层接触良好和接触不良时缺陷渗漏量的简化半经验计算公式。这些研究大多针对低水头情况，如垃圾填埋场渗漏液问题。计算表明，上述几种方法计算得到的渗漏量差异很大，尤其单膜的渗漏量远大于复合防渗层的渗漏值。Weber等[31]在美国奥斯汀大学进行了水头从0. 3～60 m的大跨度土工膜缺陷渗漏试验，期望将研究成果用于大坝等高水头防渗工程中。试验表明，随着水头增大，渗漏量增大；膜与垫层的接触性质对渗漏结果影响很大。高水头下膜与土的接触性质会有所改善，但土体承受的水力梯度也会增大。由于试验仪器直径只有15 cm，垫层最大模拟厚度只有20 cm，因此仪器对试验成果产生了明显的边界干扰效应，研究成果是否可用于高水头防渗工程值得商榷。Cartaud等[32-33]对在含圆形缺陷的土工膜下增设1层土工织物进行了缺陷渗漏试验研究及数值模拟，指出土工织物改变了原先膜与下垫层土体的接触条件，影响了膜土之间的接触渗漏。Barroso等[34-35]进行了3个不同尺度的土工膜缺陷渗漏试验。研究表明，随着水头的增加，缺陷渗流量增大。膜上施加的法向荷载（非水压力）能较明显地限制土工膜的缺陷渗漏。与大、中尺度的试验相比，小尺度试验测得的渗漏量偏大，可以作为现场类似情况的上限值。Saidi等[36]对土工膜含有2个相邻的正方形缺陷孔时膜下复合垫层的渗流行为进行数值分析，从缺陷的间距、施加的水头、缺陷尺寸及膜土接触特性等方面对结果进行敏感性分析，并与相同面积的单个缺陷孔的结果进行比较。研究表明，双缺陷孔的交叉效应并未明显减小渗漏量，缺陷下的渗漏区域近似呈“8”字形或椭圆形，双缺陷时的渗漏量和膜下渗流区域与单个等面积缺陷时的结果差异随着2个缺陷的间距增大而增大。沈振中等[37]对笔者所在课题组曾开展的土工膜缺陷渗漏模型试验[38]进行了饱和非饱和渗流场数值模拟，得到了与实测数据较为一致的结果。Mendes等[39]对缺陷土工膜与复合垫层（GCL，geosynthetic clay liner）和压实黏土之间的接触渗漏进行了专门的试验研究，并进行了数值模拟验证。结果表明不同类型和材料的GCL对接触层的透水率影响不大，但是接触特性对缺陷渗漏径向作用范围影响很大，当试验达到“稳定”状态后接触渗漏量随时间不再发生明显变化。岑威钧等[40-41]、孙丹等[42]分别采用完全饱和渗流理论及饱和非饱和渗流理论对有无缺陷时的土工膜防渗土石坝进行渗流场仿真分析，重点研究土工膜不同厚度放大倍数下大坝渗流量、浸润线和膜后土体局部渗透坡降等的变化情况，以及缺陷渗漏对坝体浸润线及缺陷附近水头等值线分布的影响。

对于平原地区或者砂砾石地基，当土工膜充当铺盖或者全库盘土工膜防渗时，如果设计中没有做好排气排水工作，库盘土工膜容易出现气胀或液胀现象，引发土工膜的破损。李旺林等[43]研制了超大型专用土工膜气胀试验设备，利用渗漏区和非渗漏区气胀试验来模拟土工膜缺陷渗漏引起的气胀现象。主要结论有：无缺陷的土工膜在地下水位不变时水库蓄水不会产生土工膜气胀现象；土工膜有缺陷渗漏时，蓄水初期渗水接触地下水后，会挤占土工膜膜下非饱和土孔隙气体空间。库区内地下水位的整体上升促使非饱和土中孔隙气体的聚集和上升，并引起土工膜产生局部隆起的气胀变形。当气胀变形达到一定值时可能进一步产生新的气胀顶破缺陷。李旺林等[44]和袁俊平等[45]对山东大屯水库库区土工膜进行现场气胀试验，通过监测膜下孔隙压力对土工膜气胀原因进行了研究，认为地下水的上升对土工膜气胀有明显影响。

综观上述（室内和现场）试验研究及数值模拟，有关土工膜缺陷渗漏的研究成果大多是在低水头条件下得到的，且未涉及渗漏与缺陷演化之间可能的耦合效应，将这些研究成果用于土工膜防渗高土石坝中还有待于进一步验证。高土石坝基本上采用复合土工膜防渗，且以两布一膜的形式居多。与单一土工膜不同，复合膜的缺陷渗流除受下垫层土体特性等影响外，还受两侧土工织物的影响。土工织物在不同压力下表现出来的限流（或增流）作用有多大，目前均无系统研究。另外，在高水头作用下，复合土工膜的缺陷是否会进一步扩张同样也是一个需要研究的问题。因此，复合土工膜的缺陷渗漏问题不能简单地套用上述单一土工膜及土工膜与下垫层土体形成的复合防渗层的缺陷渗漏计算方法。关于复合土工膜的缺陷渗漏问题，目前国内外文献对此基本上没有相应的分析理论和计算方法报道，已有研究主要仍停留于实验室研究阶段。刘凤茹等[38]曾进行了为期6个月的复合土工膜缺陷渗漏量试验，根据试验数据整理拟合了缺陷渗流量的经验公式。试验发现缺陷处的集中渗漏会冲刷下垫层，细颗粒有流失现象。同时，由于受过较高水压力的作用，缺陷以外原先平整的复合土工膜表面凹凸不平，出现了麻点，表明土工膜在一定程度上受到了下垫层土石料造成的损伤。

（复合）土工膜是柔性材料，其抗拉刚度和抗顶破强度等力学特性有限。在高土石坝中，高水头作用下缺陷部位的集中渗漏会冲刷下部垫层，导致细颗粒流失。同时，这些缺陷可能会继续扩张演化，进一步加大缺陷渗漏量，影响坝体渗流场分布，进而可能对大坝安全造成隐患。因此，高土石坝中仅知道缺陷渗漏量是不够的，还需详细研究土工膜缺陷渗漏产生的原因及缺陷演化规律、缺陷渗漏对坝体渗流场分布及对大坝安全的影响，以及如何采取有效的限渗减漏措施预防和减小缺陷渗漏量。这些问题已成为高土石坝复合土工膜防渗发展的瓶颈，可惜目前国内外还未深入涉及此类研究。

3 解决复合土工膜缺陷渗漏问题的研究设想

根据已有文献资料，已有土工膜缺陷渗漏试验中对土工膜的种类和规格，垫层的形式和级配，缺陷的形式、大小和数量等因素考虑得比较单一，并且水压力施加方向固定。渗漏状态仅为单一圆孔渗漏，没有考虑2个或多个缺陷孔对渗漏水流的交叉影响。试验过程中因水头较小，未出现复合土工膜缺陷的扩张问题。试验过程仅监测渗漏量。通过试验资料整理得到的一些土工膜渗漏量计算方法和公式也有一定的适用条件，且不同方法得到的计算结果差异较大。高土石坝一般用砂砾石和堆石等粗粒土填筑，当复合土工膜与粗粒土垫层接触时，由于土颗粒间的孔隙较大，复合土工膜在水压力作用下会在土石颗粒形成的局部支撑边界处发生变形，产生拉伸变形，承受局部拉应力。如果这些局部拉应力过大，复合土工膜会被拉裂，造成缺陷，形成新的漏水点。同时，在（较）高水压力的持续作用下，缺陷可能进一步扩张，导致渗漏加大，最终可能影响大坝整体防渗安全性。这些因素均未在已有土工膜缺陷渗漏试验中进行系统考虑，因此后期土工膜缺陷渗流特性试验设计时需考虑上述因素，以便更加充分地掌握缺陷渗漏形成和演化的时空分布规律。其次，对复合土工膜缺陷渗流特性试验动态观测到的渗漏量、渗透压力、逸出点位置等试验数据进行分析，尝试建立解析或半解析的相关物理量预测函数。同时，对试验过程进行三维非恒定非饱和渗流场有限元数值模拟。进一步将缺陷渗流行为与土工膜缺陷演化相联系，并进行数学力学建模及数值仿真。在模型试验及数值模拟的基础上，对已建土工膜防渗土石坝土工膜缺陷性态进行调研统计，也可借助已建土工膜防渗土石坝工程渗流观测资料的反馈分析对土工膜缺陷位置进行推测确定[46]。分别对确定缺陷布设与随机缺陷布设[47]这2种情况进行数值模拟分析，研究高水头作用下土工膜缺陷的损伤演化路径和最终稳态值，以及与缺陷渗流之间的动态耦合效应。如有条件，可借助光纤测量方法对数值计算模型进行试验验证[48-49]，最终从防渗安全、局部稳定和受力变形角度对缺陷土工膜和坝体建立渗流量、渗透梯度、缺陷损伤变量、缺陷局部应变、缺陷尺寸等系列技术指标体系，对土工膜防渗土石坝进行综合安全评判。

4 结 语

（复合）土工膜防渗土石坝是具有良好应用前景的一类新坝型。在充分了解土石坝中（复合）土工膜缺陷类型及成因的基础上，应充分重视缺陷渗漏及相关问题。国内外虽对（复合）土工膜缺陷渗漏问题已有一些研究成果，但尚未解决高土石坝复合土工膜的缺陷渗漏问题。为此，提出了复合土工膜缺陷渗流特性试验的研究设想，建议采用理论分析、数值模拟和工程实例反馈分析等多种手段对复合土工膜的缺陷渗流特性及缺陷演化等问题进行系统研究。预期研究成果将对现有复合土工膜防渗高土石坝的渗漏安全评判及修复起到重要的指导作用，同时可促进我国复合土工膜防渗高土石坝工程安全、快速地发展，也可应用于其他（较）高水头防渗工程中，具有良好的工程应用前景和巨大的经济效益潜力。

致谢：本文得到顾淦臣教授和沈长松教授的启引和指导，在此深表感谢！

参考文献：

[ 1 ]土工合成材料工程应用手册编委会.土工合成材料工程应用手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2000：118-127.

[ 2 ]束一鸣，吴海民，姜晓桢.高面膜堆石坝发展的需求与关键技术：高面膜堆石坝关键技术（一）[J].水利水电科技进展，2015，35（1）：1-9.（SHU Yiming，WU Haimin，JIANG Xiaozhen. Need and key technology on development of high membrane faced rockfill dam：key technology of high membrane faced rockfill dam（I）[J]. Advances in Science and Technology of Water Resources， 2015，35（1）：1-9.（in Chinese））

[ 3 ] MULLER W W. HDPE geomembranes in geotechnics [M]. Berlin：Springer，2010.

[ 4 ]顾淦臣.复合土工膜或土工膜堤坝实例述评[J].水利水电技术，2002，33（12）：26-32.（GU Ganchen. Review of dams and dikes with composite geomembrane impervious structure [ J ]. Water Resources and Hydropower Engineering，2002，33（12）：26-32.（in Chinese））

[ 5 ]顾淦臣.复合土工膜或土工膜堤坝实例述评（续）[J].水利水电技术，2003，34（1）：55-61.（GU Ganchen. Review of dams and dikes with comosite geomembrane impervious structure [ J ]. Water Resources and Hydropower Engineering，2003，34（1）：55-61.（in Chinese））

[ 6 ]顾淦臣.复合土工膜土石坝的设计和计算[J].水利规划设计，2000（4）：49-56.（GU Ganchen. Design and calculation of geomembrane earth-rock dam [ J]. Water Resources Planning and Design，2000（4）：49-56.（in Chinese））

[ 7 ]岑威钧，沈长松，童建文.深厚覆盖层上复合土工膜防渗堆石坝筑坝特性研究[J].岩土力学，2009，30（1）：175-180.（CEN Weijun，SHEN Changsong，TONG Jianwen. Study of construction behavior of composite geomembrane rockfill dam on thick alluvium deposit[J]. Rock-Soil Mechanics，2009，30（1）：175-180.（in Chinese））

[ 8 ]顾淦臣，沈长松，吴江斌.应用复合土工膜加固石砭峪沥青混凝土斜墙坝[J].水利水电科技进展，2004，24 （1）：10-14.（GU Ganchen，SHEN Changsong，WU Jiangbin. Reinforcement of Shibianyu asphalt concrete slope wall rockfill dam with composite geomembrane[J]. Advances in Science and Technology of Water Resources，2004，24（1）：10-14.（in Chinese））

[ 9 ]潘江.土工膜损伤特性及其工程应用研究[D].南京：河海大学，2002.

[10]束一鸣，吴海民，姜晓桢，等.高面膜堆石坝周边的夹具效应机制与消除设计方法：高面膜堆石坝关键技术（二）[J].水利水电科技进展，2015，35（1）：10-15. （SHU Yiming，WU Haimin，JIANG Xiaozhen，et al. Mechanism of anchoring influence at perimeter of high membrane faced rockfill dam and eliminating approach：key technology of high membrane faced rockfill dam（Ⅱ）[J]. Advances in Science and Technology of Water Resources，2015，35（1）：10-15.（in Chinese））

[11]束一鸣.土工膜的施工工艺及其经验教训[J].水利水电技术，2002，33（4）：19-21.（SHU Yiming. Geomembrane construction technology and lessons [ J]. Water Resources and Hydropower Engineering，2002，33 （4）：19-21.（in Chinese））

[12]吴海民，束一鸣，姜晓桢，等.高面膜堆石坝运行状态下土工膜双向拉伸力学特性：高面膜堆石坝关键技术（三）[J].水利水电科技进展，2015，35（1）：16-22. （WU Haimin，SHU Yiming，JIANG Xiaozhen，et al. Biaxial tensile mechanical property of geomembrane used as high membrane faced rockfill dam：key technology of high membrane faced rockfill dam（III）[J]. Advances in Science and Technology of Water Resources，2015，35 （1）：16-22.（in Chinese））

[13]王薇，崔化宇，李国伟.水平铺塑在新城水库库区防渗中的应用[J].人民黄河，2003，25（9）：38-39.（WANG Wei，CUI Huayu，LI Guowei. Level spreading plastics in seepage control of Xincheng Reservoir[J]. Yellow River，2003，25（9）：38-39.（in Chinese））

[14] GIROUD J P，BADU-TWENEBOAH K，BONAPARTE R. Rate of leakage through a composite liner due to geomembrane defects[J]. Geotextiles and Geomembranes，1982，11（1）：1-28.

[15] GIROUD J P，BONAPARTE R. Leakage through liners constructed with geomembranes：partⅠgeomembrane liners[J]. Geotextiles and Geomembranes，1989，8（1）：27-67.

[16] GIROUD J P，BONAPARTE R. Leakage through liners constructed with geomembranes：partⅡgeomembrane liners[J]. Geotextiles and Geomembranes，1989，8（2）：71-111.

[17] GIROUD J P，KHATAMI A，BADU-TWENEBOAH K. Evaluation of the rate of leakage through composite liners [J]. Geotextiles and Geomembranes，1989，8（4）：337-340.

[18] GIROUD J P，BADU-TWENEBOAH K，BONAPARTE R. Rate of leakage through a composite liner due to geomembrane defects[J]. Geotextiles and Geomembranes，1992，1（11）：1-28.

[19] GIROUD J P，GROSS B A，BONAPARTE R. Leachate flow in leakage collection layers due to defects in geomembrane liners[ J]. Geosynthetics International，1997，4（3/4）：215-292.

[20] GIROUD J P，KHIRE M V，SODERMAN K L. Liquid migration through defects in a geomembrane overlain and underlain by permeable media [ J ]. Geosynthetics International，1997，4（3/4）：293-321.

[21] GIROUD J P，KHIRE M V，Mc KELVEY J A. Rate of leachate migration through a defect in a geomembrane underlain by a saturated permeable medium [ J ]. Geosynthetics International，1997，4（3/4）：323-334.

[22] LAINE D L，DARILEK G T. Detecting leaks in geomembranes[J]. Civil Engineering，1993，63（8）：50.

[23] ELOY-GIORNI C，PELTE T，PIERSON P. Water diffusion through geomembranes under hydraulic pressure [ J]. Geosynthetics International，1996，3（6）：741-769.

[24] JAYAWICKRAMA P，BROWN K W，THOMAS J C，et al. Leakage rate through flaws in geomembrane liners[J]. Journal of Environmental Engineering，ASCE，1988，114 （6）：1401-1420.

[25]吴景海.含土工膜防渗层渗漏量的研究[D].天津：天津大学，1992.

[26]束一鸣.土工膜防渗机理及其应用原理[C] / /土工合成材料防渗和排水技术的研究与实践论文集.武汉：武汉出版社，2001.

[27]束一鸣.土工膜连接和缺陷渗漏量计算与缺陷渗流影响[J].人民长江，2002，33（3）：26-28.（SHU Yiming. Connections of geomembrane，calculation of defects leakage and influence of defects seepage [ J]. Yangtze River，2002，33（3）：26-28.（in Chinese））

[28]戴鹏飞.土工合成材料的防渗与反滤试验研究[D].南京：河海大学，2002.

[29]顾淦臣，沈长松，岑威钧，等.黄河小浪底水利枢纽配套工程西霞院反调节水库复合土工膜防渗斜墙坝复合土工膜缺陷渗漏量试验分析研究报告[R].南京：河海大学，2003.

[30]刘凤茹.复合土工膜选型及缺陷渗漏量试验研究[D].南京：河海大学，2004.

[31] WEBER C T，ZORNBERG J G. Leakage through Liners under high hydraulic heads[C] / / Proceedings of the 2005 North American Conference on Geosynthetics. Las Vegas：[s. n. ]，2005.

[32] CARTAUD F，TOUZE-FOLTZ N，DUVAL V. Experimental investigation of the influence of a geotextile beneath the geomembrane in a composite liner on the leakage through a hole in the geomembrane [ J ]. Geotextiles and Geomembranes，2005，23（2）：117-143.

[33] CARTAUD F，GOBLET P，TOUZE-FOLTZ N. Numerical simulation of the flow in the interface of a composite bottom liner[J]. Geotextiles and Geomembranes，2005，23 （2）：513-533.

[34] BARROSO M C P. Fluid migration through geomembrane seams and through the interface between geomembrane and geosynthetic clay liner [ D]. Grenoble：Universities of Grenoble，2005.

[35] BARROSO M，TOUZE-FOLTZB N，von MAUBEUGE K，et al. Laboratory investigation of flow rate through composite liners consisting of a geomembrane，a GCL and a soil liner [J]. Geotextiles and Geomembranes，2006，24（1）：139-155.

[36] SAIDI F，TOUZE-FOLTZ N，GOBLET P. Numerical modeling of advective flow through composite liners in case of two interacting adjacent square defects in the geomembrane[J]. Geotextiles and Geomembrane，2008，26 （2）：196-204.

[37]沈振中，江沆，沈长松.复合土工膜缺陷渗漏试验的饱和-非饱和渗流有限元模拟[J].水利学报，2009，40 （9）：1091-1095.（SHEN Zhenzhong，JIANG Hang，SHENChangsong. Numerical simulation of composite geomembrane defect leakage experiment based on saturated-unsaturated seepage theory [ J ]. Journal of Hydraulic Engineering，2009，40（9）：1091-1095.（in Chinese））

[38]刘凤茹，沈洪俊，王铁强.复合土工膜缺陷渗透量试验观测[J].南水北调与水利科技，2004，2（2）：49-51. （LIU Fengru，SHEN Hongjun，WANG Tieqiang. Observation of leakage due to defects in geomembrane [J]. South-North Water Transfers and Water Science＆Technology，2004，2（2）：49-51.（in Chinese））

[39] MENDES M J A，TOUZE-FOLTZ N，PALMEIRA E M，et al. Influence of structural and material properties of GCLs on interface flow in composite liners due to geomembrane defects[J]. Geosynthetics International，2010，17（1）：34-37.

[40]岑威钧，王蒙，杨志祥.（复合）土工膜防渗土石坝饱和-非饱和渗流特性[J].水利水电科技进展，2012，32 （3）：6-9.（CEN Weijun，WANG Meng，YANG Zhixiang. Partial saturated seepage properties of（composite）geomembrane earth-rock dams[J]. Advances in Science and Technology and Water Resources，2012，32（3）：6-9. （in Chinese））

[41]岑威钧，王蒙.土石坝防渗土工膜缺陷成因及渗漏特性探析[C] / /第八届中国土工合成材料学术会议论文集.北京：人民交通出版社，2012：340-344.

[42]孙丹，沈振中，崔健健.土工膜缺陷引起的土工膜防渗砂砾石坝渗漏数值模拟[J].水电能源科学，2013（4）：69-73.（SUN Dan，SHEN Zhenzhong，CUI Jianjian. Seepage numerical simulation of geomembrane gravel dam caused by geomembrane defect[J]. Water Resources and Power，2013（4）：69-73.（in Chinese））

[43]李旺林，李志强，魏晓燕，等.土工膜缺陷渗漏引起气胀的研究[J].岩土工程学报，2013，35（6）：1161-1165. （LI Wanglin，LI Zhiqiang，WEI Xiaoyan，et al. Air expansion caused by leakage water resulting from geomembrane defects[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2013，35（6）：1161-1165.（in Chinese））

[44]李旺林，魏晓燕，李志强，等.平原水库库盘防渗土工膜气胀现场试验研究[J].中国农村水利水电，2014 （10）：129-132.（LI Wanglin，WEI xiaoyan，LI Zhiqiang，et al. Research on air expansion of geomembranes used in plain reservoir basins for anti-seepage[J]. China Rural Water and Hydropower，2014（10）：129-132.（in Chinese））

[45]袁俊平，曹雪山，和桂玲，等.平原水库防渗膜下气胀现象产生机制现场试验研究[J].岩土力学，2014，35 （1）：67-73.（YUAN Junping，CAO Xueshan，HE Guiling，et al. Field test study of mechanism of bulge phenomenon under geomembrane in plain reservoir[J]. Rock and Soil Mechanics，2014，35（1）：67-73.（in Chinese））

[46]沈长松，娄剑永.复合土工膜防渗堆石坝渗流观测资料分析[J].大坝观测与土工测试，2001，25（5）：10-13. （SHEN Changsong，LOU Jianyong. Observation seepage data analysis of composite geomembrane rockfill dam[J]. Dam Observation and Geotechnical Tests，2001，25（5）：10-13.（in Chinese））

[47]姜晓桢，束一鸣.高面膜堆石坝面膜局部顶破、刺破概率分析方法：高面膜堆石坝关键技术（六）[J].水利水电科技进展，2015，35（1）：38-41.（JIANG Xiaozhen，SHU Yiming. Probability analysis of local bursting and piercing of geomembrane on high membrane faced rockfill dam：key technology of high membrane faced rockfill dam （VI）[J]. Advances in Science and Technology of Water resources，2015，35（1）：38-41.（in Chinese））

[48]杨华舒，刘海波，杨宇璐，等.基于光纤测温原理的内置防渗土工膜破损监测方法：CN101799430A[P]. 2010-08-11.

[49]杨华舒，杨宇璐，刘海波，等.借助于光纤应变测定内置土工膜破损位置的方法：CN101793502A[P]. 2010-08-04.

Advances in research of defects and leakage of（composite）geomembrane in earth-rock dams/ /

CEN Weijun （College of Water Conservancy and Hydropower Engineering，Hohai University，Nanjing 210098，China）

Abstract：In the context of（composite）geomembrane being widely used in many earth-rock dams in China and abroad，the reasons for defects and defect classification in geomembrane on the dam surface or inside dams are discussed. Based on a summary of research on the defects and leakage of（composite）geomembrane in China and abroad，it is shown that the existing results cannot be directly used to solve the defect and leakage problems of composite geomembrane used in high earth-rock dams. It is also shown that defect evolution，the influence of defect-induced leakage on the dam seepage field distribution and dam safety，and effective measures for leakage control are the development bottlenecks for composite geomembrane application in high earth-rock dams. Therefore，laboratory tests should be performed to study the defectinduced leakage of composite geomembrane. It is also necessary to conduct systematic research on some issues related to defect evolution and defect-induced leakage in composite geomembrane used in earth-rock dams based on theoretical analysis，numerical simulation，and feedback analysis of practical projects，so as to provide guides for leakage prevention and restoration of composite geomembrane as well as safety evaluation of high earth-rock dams with composite geomembrane used for seepage control.

Key words：earth-rock dam；（composite）geomembrane；defect-induced leakage；model test；numerical simulation；feedback analysis

收稿日期：（2015 07 07 编辑：骆超）

作者简介：岑威钧（1977—），男，副教授，主要从事土石坝抗震及水工渗流分析与控制研究。E-mail：hhucwj@163. com

基金项目：江苏省自然科学基金（BK20141418）；江苏高校优势学科建设工程资助项目

中图分类号：TV441

文献标志码：A

文章编号：1006 7647（2016）01 0016 07