基于感渗结构的土工膜等效渗流孔径判别方法

doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2026.02.0588

中国安全科学学报 ›› 2026, Vol. 36 ›› Issue (2): 145-152.doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2026.02.0588

基于感渗结构的土工膜等效渗流孔径判别方法

金晨晨¹(), 丁勇¹^,^**(), 李登华²^,³

¹ 南京理工大学安全科学与工程学院,江苏南京 210094
² 南京水利科学研究院,江苏南京 210029
³ 水利部水库大坝安全重点实验室,江苏南京 210024

收稿日期:2025-09-14 修回日期:2025-12-16 出版日期:2026-02-28
通信作者:
^** 丁勇(1977—),男,江苏海安人,博士,副教授,主要从事大坝结构健康监测领域方面的研究。E-mail: 12005048@njust.edu.cn。
作者简介:
金晨晨 (1998—),男,江苏溧阳人,硕士研究生,主要研究方向为水利工程结构健康监测。E-mail:1544072243@qq.com。
李登华, 高级工程师
基金资助:
国家重点研发计划项目(2024YFC3210703); 国家自然科学基金长江水科学研究联合基金资助(U2240221); 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助(Yk325002); 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助(Y724011)

Equivalent permeation aperture identification method for geomembranes based on seepage-sensing structure

JIN Chenchen¹(), DING Yong¹^,^**(), LI Denghua²^,³

¹ School of Safety Science and Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing Jiangsu 210094, China
² Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing Jiangsu 210029,China
³ Key Laboratory of Reservoir Dam Safety, Nanjing Jiangsu 210024, China

Received:2025-09-14 Revised:2025-12-16 Published:2026-02-28

摘要/Abstract

摘要：

为提高抽水蓄能水库渗流监测水平,针对土工膜孔径破坏引起的渗流,提出一种基于感渗结构与等效渗流孔径的土工膜孔径破坏渗流判别方法。首先,通过主动加热的方式得到干湿差温升值,将干湿差温升值与渗流速度归一化后进行对数线性拟合;然后,将渗流速度与等效渗流孔径进行线性拟合,通过现场标定试验并结合分布式光纤(DTS)曲线特征反演渗流情况;最后,开展室内试验进行验证。结果表明:等效渗流孔径的干湿差温升拟合优度R²均超过0.96,且渗流速度均小于5%。室内试验与数值模拟温升值的残差86%位于±1℃范围内;渗流速度均小于5%,证明数值模拟结果的可靠性。

关键词: 土工膜, 渗流孔径, 感渗结构, 渗流判别, 数值模拟

Abstract:

To improve the seepage monitoring level of pumped storage reservoirs, a discrimination method was proposed for seepage caused by geomembrane aperture damage, based on a seepage-sensing structure and the concept of an equivalent seepage aperture. First, the temperature rise difference between dry and wet conditions was acquired through active heating, and a logarithmic linear fit was performed after normalizing the temperature rise difference with respect to the seepage velocity. Then, a linear fit was established between the seepage velocity and the equivalent seepage aperture. The seepage condition was inferred based on field calibration tests combined with the characteristics of distributed temperature sensing (DTS) curve. Finally, laboratory tests were conducted for validation. The results show that the goodness-of-fit (R²) between differential temperature and the equivalent seepage aperture exceeds 0.96, and the relative error of seepage velocity is below 5%. 86% of the residuals between experimental and simulated temperature rise values fall within ±1℃, and the relative error of seepage velocity also remains below 5%, demonstrating the reliability of the simulations.

Key words: geomembrane, seepage aperture, seepage-sensing structure, seepage identification, numerical simulation

中图分类号:

X948

金晨晨, 丁勇, 李登华. 基于感渗结构的土工膜等效渗流孔径判别方法[J]. 中国安全科学学报, 2026, 36(2): 145-152.

JIN Chenchen, DING Yong, LI Denghua. Equivalent permeation aperture identification method for geomembranes based on seepage-sensing structure[J]. China Safety Science Journal, 2026, 36(2): 145-152.

图/表 17

图1

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参考文献 16

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材料	导热系数/(W·m^-1·K^-1)	恒压比热容/(J·kg^-1·K^-1)	密度/(kg·m^-3)	孔隙率	渗透率/m²
砂土	—	920	1 600	0.4	1×10^-10
加热导线	400	385	8 960	—	—

集中多孔渗流				分散多孔渗流
工况	R²	MSE/℃	RE/%	工况	R²	MSE/℃	RE/%
6	0.963	1.232	3.722	9	0.989	0.135	1.931
7	0.970	0.585	3.318	10	0.992	0.133	1.718
8	0.999	0.005	0.293	11	0.999	0.003	0.253

集中多孔渗流		分散多孔渗流
工况	RE/%	工况	RE/%
6	3.944	9	4.890
7	2.523	10	1.539
8	1.039	11	4.417

工况	RE/%	工况	RE/%
1	3.509	7	3.480
2	3.373	8	2.140
3	2.041	9	4.417
4	1.982	10	4.127
5	3.951	11	3.285
6	4.321	12	—

基于感渗结构的土工膜等效渗流孔径判别方法

Equivalent permeation aperture identification method for geomembranes based on seepage-sensing structure

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破坏形式	工况	渗流孔径/mm	渗流孔数量	d_e/ mm
单孔渗流	1	1	1	1
	2	3	1	3
	3	5	1	5
	4	7	1	7
	5	15	1	15
集中多孔渗流	6	1	225	15
	7	3	25	15
	8	5	9	15
分散多孔渗流	9	1	225	1
	10	3	25	3
	11	5	9	5
干砂	12	—	—	—

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方案	最大单元/mm	最小单元/mm
1	240	1
2	120	0.8
3	60	0.4
4	30	0.1
5	20	0.05