土工膜作为一种高效防渗材料，凭借其防渗性能突出、经济成本低廉、现场施工便捷及物理延展性强的综合优势，在水利工程领域的土石坝防渗、堤防加固、围堰隔水等各类防渗场景中得到了极为广泛的推广与应用［1,2］。从当前工程应用现状来看，土工膜的种类已形成多元化体系，其中聚乙烯（PE）、高密度聚乙烯（HDPE）及热塑性聚烯烃（TPO）膜是目前市场及工程实践中的主流品类［3］。
不同类型的土工膜在性能与适用场景上存在显著差异，需结合工程实际需求进行针对性选择：TPO 土工膜的基础力学性能与聚氯乙烯（PVC）膜相近，但在关键性能指标上更具优势 —— 其延伸率更高，能更好地适应工程结构的变形需求；同时具备更优的耐热老化稳定性，可在长期高温环境下保持性能稳定；且耐低温性能突出，即便在寒冷地区也不易发生脆裂损坏［4］。不过，TPO 土工膜的生产成本相对较高，这一特性决定了其更适合应用于坝体填筑区域中不均匀沉降差值较大的部位，通过其优异的延展性抵消沉降变形带来的应力集中。与之相对，HDPE 土工膜的核心优势在于防渗性能极强，能有效阻断水体渗透路径，且生产成本远低于 TPO 土工膜，在对防渗要求高且成本控制严格的项目中具有显著竞争力；但 HDPE 土工膜的膜体硬度偏高，物理形态接近硬质板材，柔韧性较差，对复杂的施工工况（如不规则基面铺设）及长期运行中的环境变化（如温度波动、局部变形）适应性较弱［1］，因此更适用于工程结构均匀性好、不均匀沉降差值较小的区域。
为进一步验证复合土工膜在高要求防渗工程中的适用性，本文选取某抽水蓄能电站上水库为实际工程案例，该水库创新性地采用 TPO-HDPE 复合土工膜构建全库盆防渗系统［5］。通过对该上水库在竣工期（工程施工完成后、未蓄水阶段）和蓄水期（水库正常运行、达到设计水位阶段）两个关键阶段的坝体结构变形规律、复合土工膜的应变分布及应力状态进行系统分析，全面评估复合土工膜在抽水蓄能电站水库表面防渗场景中的技术可行性与安全性。同时，该工程的设计方案与分析结果，也可为后续同类复合土工膜面板堆石坝的防渗设计提供切实可行的技术参考与实践借鉴。
该抽水蓄能电站上水库的空间结构由主坝、副坝及周边天然库岸共同围合形成，其水文设计参数需满足电站发电与调蓄需求：正常蓄水位设定为 2505 m，此水位可保障机组满发所需的发电水头；死水位为 2470 m，该水位不仅是水库水资源储备的最低保障线，也能避免库底防渗结构因长期暴露而受损；水库调节库容达 806 万 m³，可有效承接电网的调峰填谷任务。从挡水建筑物设计来看，该水库原采用沥青混凝土面板堆石坝结构，最大坝高 101 m，坝体整体稳定性强；库底平台则采用 “半开挖半回填” 的施工工艺，即对库底原有地形进行部分开挖平整后，再采用合格填料进行回填压实，以确保库底基面的平整度与承载能力。在本次防渗方案优化中，工程团队采用 TPO 与 HDPE 复合土工膜替代传统的沥青混凝土面板，构建全库盆一体化防渗体系；其中，TPO 土工膜因具备优异的变形适应性，被重点应用于库底回填区域（该区域可能存在后期填料压缩变形）及上水库主坝区域的面板表面（主坝坝体在蓄水后可能产生一定位移），而 HDPE 土工膜则发挥其高强度防渗优势，与 TPO 土工膜协同形成高效防渗屏障。
复合土工膜的应变状态直接反映其在工程不同阶段的变形适应能力，是评估膜体是否会因过度变形而损坏的关键指标。通过对该上水库竣工期与蓄水期的复合土工膜应变分布规律进行分析，得出以下结论：
在工程竣工阶段，复合土工膜的应变分布主要受库底回填料与主坝堆石料的压实稳定过程影响。此时，膜体的压应变主要集中于库底回填料内部区域及主坝堆石料内部区域 —— 这是因为竣工后填料仍处于后期固结压实阶段，内部颗粒相互挤压，进而对覆盖于表面的复合土工膜产生压力作用，导致膜体出现压应变，经测算该阶段压应变最大值为 0.03%。而拉应变则主要分布在两个关键区域：一是库底回填料与基岩的交界部位，二是主坝堆石料与基岩的交界部位。产生这一现象的核心原因在于，基岩的刚度远大于回填料与堆石料，在填料固结变形过程中，基岩几乎不发生变形，而填料会产生轻微压缩，导致填料与基岩交界区域的复合土工膜因两侧变形差异而被牵拉，形成拉应变，该阶段拉应变最大值为 0.10%。
进入水库蓄水阶段后，复合土工膜的应变分布受水压力作用发生显著变化。由于水库蓄水后，水体对复合土工膜表面产生均匀且持续的压力，膜体大部分区域因此呈现压应变状态，且压应变数值较竣工期明显增大，最大值达到 0.60%—— 这一变化是水压力直接作用于膜体的必然结果，也反映了复合土工膜在水压力环境下的受压变形特性。与此同时，拉应变的分布区域与竣工期基本一致，仍集中于库底回填料与基岩的交界区域、主坝堆石料与基岩的交界区域，但受水压力对坝体及填料的附加作用影响，该拉应变区域的面积相较于竣工期有所扩大；不过，拉应变最大值反而略有降低，为 0.08%。
需要重点强调的是，无论是竣工期还是蓄水期，复合土工膜的最大应变值均小于 TPO 土工膜与 HDPE 土工膜各自的屈服应变值［1］，这表明在两个关键工程阶段，膜体的变形始终处于材料的安全承载范围内，未出现因过度应变导致的塑性变形或损坏风险。
复合土工膜的应力状态是判断其是否满足强度要求、能否长期稳定工作的核心依据。通过对该上水库竣工期与蓄水期复合土工膜的应力分布规律进行深入分析，可明确膜体的受力安全性能：
在工程竣工阶段，复合土工膜所承受的应力主要来源于库底回填料与主坝堆石料的固结变形对膜体的牵拉作用。此时，膜体的拉应力主要分布在库底回填料与基岩的交界区域，以及上水库主坝堆石料与基岩的交界区域 —— 这一分布规律与竣工期拉应变的分布高度一致，均是由填料与基岩的变形差异导致膜体受拉所致。经现场监测与计算分析，该阶段复合土工膜的拉应力最大值为 34.93 kPa，应力水平较低，膜体承受的拉力较小。
当水库进入正常蓄水阶段后，水压力成为复合土工膜应力的主要荷载来源，膜体的应力状态随之发生显著变化。此时，复合土工膜拉应力的分布区域与竣工期保持一致，仍集中在库底回填料与基岩的交界区域、上水库主坝堆石料与基岩的交界区域，但受水压力对坝体结构及填料的附加作用影响，拉应力的分布面积较竣工期明显扩大；同时，水压力的直接牵拉作用使得拉应力数值大幅升高，经测算该阶段拉应力最大值达到 312.17 kPa，远高于竣工期的应力水平。
尽管蓄水期复合土工膜的拉应力最大值较竣工期有显著提升，但通过与材料性能参数对比可知，该最大值仍小于 TPO 土工膜与 HDPE 土工膜的屈服应力值［1］。这一结果表明，即便在蓄水期高应力工况下，复合土工膜的受力仍处于材料的强度安全范围内，不会因应力超过屈服极限而发生拉伸破坏，能够长期稳定地发挥防渗功能。
