[发明专利]一种膜下盲沟结构的宽度设计方法

权利要求书

1.一种膜下盲沟结构的宽度设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)预估水库中部膜下土体单元内需要排出盲沟内膜下气体体积量Q_a；具体为：水库中部膜下土体单元，由四条盲沟框格围成，各条盲沟承担1/4，于是盲沟内膜下气体体积量按下式预估：

式中η₁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，根据经验确定系数取值；p₁为土体单元内气体排出时压力；ρ_p1为在压力p₁条件下气体的密度；g为重力加速度，取9.832m/s²；e为已知膜下土体平均孔隙比，由试验确定；S_r为设定的饱和度；S为已知的盲沟间距，即水库中部土体单元的边长，决定于由盲沟围成的土体单元块气体量及盲沟深度；H为设定的地下水位设计埋深；

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；μ为膜下气体分子的摩尔质量，对于空气取值为29；

(2)计算膜下盲沟的排气能力Q_ak；

(3)根据水库中部膜下需要排出的盲沟内膜下气体体积量Q_a不大于盲沟排气能力Q_ak确定最小盲沟宽度。

2.如权利要求1所述的膜下盲沟结构的宽度设计方法，其特征在于，步骤(2)中，计算膜下盲沟的排气能力Q_ak具体为：膜下盲沟排气能力Q_ak计算式为：

式中k_a为已知的膜下盲沟各部分的平均排气系数，由试验确定；t_a为设定的膜下土体单元允许排气时间；Δp₂为设定的库区中心至大气之间的允许气压差；a为未知的盲沟宽度；h为已知的盲沟深度，决定于由盲沟围成的土体单元块气体量及盲沟间距；η₂为盲沟有效排气系数；

式(3)的已知的膜下盲沟各部分的平均排气系数、设定的膜下土体单元允许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为设定的饱和度，S_rl为残余饱和度；

已知的膜下盲沟各部分的平均排气系数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；

设定的库区中心至大气之间的允许气压差Δp₂是根据膜上覆土层厚度和覆土湿容重确定，取覆土湿容重20kN/m³，则膜上覆土层厚度1m时，Δp₂20kPa。

3.如权利要求1所述的膜下盲沟结构的宽度设计方法，其特征在于，步骤(3)中，根据水库中部膜下需要排出的盲沟内膜下气体体积量不大于盲沟排气能力Q_ak确定最小盲沟宽度具体为：为了确保水库中部膜下土体单元的气出不会引发膜下气胀现象，膜下盲沟与围堤处大气的气压差应小于设计允许值，于是确定排气盲沟宽度a的最小值：

式(7)表明增大盲沟宽度更有效地排气；影响盲沟宽度的因素已知的膜下盲沟各部分的平均排气系数k_a、盲沟深度h、允许排气时间t_a；式(7)中分子为正相关因子，分母为负相关因子。