土工膜在城市垃圾填埋、重金属冶炼设施和水资源管理等领域的土木与水利工程中应用日益广泛
土工膜（geomembrane, GM）因其卓越的防水性能及相比土壤更佳的抗形变能力，在城市垃圾填埋、重金属冶炼设施和水资源管理等领域的土木与水利工程中应用日益广泛。这些应用依赖于土工膜的岩土力学属性，包括其拉伸特性和界面剪切性能，这些属性通过多种测试方法来评估。
尽管过往研究多集中在室温环境下的力学性能测试，但实际工程环境中，特别是在填埋场衬垫和冶炼场所遭遇的极端地温条件下，这种测试可能无法准确反映土工膜的真实工作状态。地质环境的温差对材料力学性能有着直接影响，从而关系到工程安全性评价的准确性（刘明亮等人，2020；何成等人，2021）。例如，有研究记录显示填埋场封盖系统温度随季节波动，在0至30℃间变化（Koerner and Koerner，2006），且内部因有机物分解和化学反应可升温至超过60℃（Calder和Stark，2010；Stark等人，2012；Hanson等人，2015），而在金属冶炼场景中，温度甚至可达接近100℃（Martin等人，2013；Listyarini，2017；Rowe等人，2020）。土工膜的弹性模量随温度上升而下降，线膨胀系数随之增加（Rodriguez和Filisko，1987；许四法等人，2010），且长期高温或光照可能导致材料内应力累积和褶皱形成（Chappel等人，2012；Take等人，2012），不过覆盖的砂层能有效限制这种褶皱（Fairbrother等人，2019；Rowe和Yu，2019）。
鉴于温度对土工膜力学性能的显著影响，对不同温度下，尤其是高温条件下，土工膜的抗拉强度和界面剪切强度等关键力学属性的研究显得尤为关键。目前，关于GM与无纺土工布（GT）界面在0至33℃温度范围内剪切强度略有提升，且温度周期性变化对界面剪切特性有明显作用的研究尚不多（Akpinar和Benson，2005；Abdelaal等人，2015）。因此，本研究通过实施不同温度条件下的高密度聚乙烯（HDPE）膜拉伸试验以及GM与GT界面及GM与砂土界面的剪切试验，旨在揭示土工膜力学性能的温度敏感性机制，以期为高温地质环境下土工膜工程应用的力学性能评估提供科学依据。
图6展示了在不同温度条件下土工膜（GM）的拉伸应力-应变曲线特性。观察到，在-10℃时，GM展现出最大抗拉强度，随后其强度随着温度上升而逐渐减小。特别地，-10℃与20℃时的GM（标记为GMX）拉伸曲线呈现出清晰的峰值，两者峰值应力之间存在41%的巨大差异。然而，当温度超越20℃，GMX的拉伸曲线中的这种显著峰值消失，转而表现为拉应力随应变增加而趋于平缓的“硬化”现象。
对于另一种类型的土工膜GMS，其拉伸行为在70℃时出现转折点，由低温下的“软化型”曲线转变为高温条件下的“硬化型”模式，这一转变趋势与GMX相似。GMS之所以在拉伸强度上优于GMX，是因为GMX表面遍布微小凸起，导致材料结构相对疏松，相比之下，GMS材质更为致密，因而在相等拉伸应变水平下需要更大的应力维持。
此外，实验数据揭示，在拉伸应变未达25%以前，所有测试温度下的应力-应变响应均保持线性关系，此直线段的斜率即代表了GM材料的弹性模量。图7进一步详细说明了GMS在不同温度下的拉伸强度与弹性模量变化趋势，两者均显示出随温度升高按指数规律下降的特征，强调了温度升高对GMS拉伸性能的强烈负面效应。
