第八章-土工合成材

第八章土工合成材料本章內(nèi)容

241土工合成的種類2土工合成材料的技術(shù)性能3土工合成材料的功能土工合成材料的儲(chǔ)存與保管5土工合成材料的案例分析

我國(guó)《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》

將土工合成材料分為第一節(jié)土工合成材料的種類土工織物土工膜土工復(fù)合土工特種土工合成材料是20世紀(jì)50年代末期發(fā)展起來(lái)的一種新型建筑材料，它是應(yīng)用于巖土工程、以高分子聚合物為原材料制成的各種產(chǎn)品的統(tǒng)稱。土工合成材料具有滿足多種工程需要的性能，而且由于其壽命長(zhǎng)（在正常使用條件下，可達(dá)50—100年）、強(qiáng)度高（在埋置20年后，強(qiáng)度仍保持75%）、柔性好、抗變形能力強(qiáng)、施工簡(jiǎn)易、造價(jià)低廉、材料來(lái)源豐富，在水利水電、道路、海港、采礦、軍工、環(huán)境等工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。一、土工織物

土工織物又稱土工布，它是由聚合物纖維制成的透水性土工合成材料。

定義非織造型織造型分類

（一）織造型土工織物結(jié)構(gòu)多絲薄膜單絲型式平紋斜紋緞紋（一）織造型土工織物

1.結(jié)構(gòu)織造型土工織物是問世最早的土工織物產(chǎn)品，又稱為有紡?fù)凉た椢?。它是由單絲或多絲織成的，或由薄膜形成的扁絲編織成的布狀卷材。其制造工序是：將聚合物原材料加工成絲、紗、帶，再借織機(jī)織成平面結(jié)構(gòu)的布狀產(chǎn)品?？椩鞎r(shí)有相互垂直的兩組平行絲，沿織機(jī)（長(zhǎng)）方向的稱經(jīng)絲，橫過(guò)織機(jī)（寬）方向的稱緯絲。單絲的典型直徑為0.5mm，它是將聚合物熱熔后從模具中擠壓出來(lái)的連續(xù)長(zhǎng)絲。在擠出的同時(shí)或剛擠出后將絲拉伸，使其中的分子定向，以提高絲的強(qiáng)度。多絲是由若干根單絲組成的，在制造高強(qiáng)度土工織物時(shí)常采用多絲。扁絲是由聚合物薄片經(jīng)利刀切成的薄條，在切片前后都要牽引拉伸以提高其強(qiáng)度，寬度約為3mm，是其厚度的10~20倍。目前，大多數(shù)編織土工織物是由扁絲織成，而圓絲和扁絲結(jié)合成的織物有較高的滲透性。

2.織造型式織造型土工織物有三種基本的織造型式：平紋、斜紋和緞紋。平紋是最簡(jiǎn)單、應(yīng)用最多的織法，其形式是經(jīng)、緯紋一上一下。斜紋是經(jīng)絲跳越幾根緯絲，最簡(jiǎn)單的形式是經(jīng)絲二上一下。緞紋是經(jīng)絲和緯絲長(zhǎng)距離的跳越，如經(jīng)絲五上一下，這種織法適用于衣料類產(chǎn)品。

3.各產(chǎn)品的特性不同的絲和紗以及不同的織法，織成的產(chǎn)品具有不同的特性。平紋織物有明顯的各向異性，其經(jīng)、緯向的摩擦系數(shù)也不一樣；圓絲織物的滲透性一般比扁絲的高，每百米長(zhǎng)的經(jīng)絲間穿越的緯絲愈多，織物愈密愈強(qiáng)，滲透性愈低。單絲的表面積較多絲的小，其防止生物淤堵的性能好。聚丙烯的老化速度比聚酯和聚乙烯的要快。由此可見，可以借助調(diào)整絲（紗）的材質(zhì)、品種和織造方式等來(lái)得到符合工程要求的強(qiáng)度、經(jīng)緯強(qiáng)度比、摩擦系數(shù)、等效孔徑和耐久性等項(xiàng)指標(biāo)。3.各產(chǎn)品的特性平紋織物有明顯的各向異性其經(jīng)、緯向的摩擦系數(shù)也不一樣圓絲織物的滲透性一般比扁絲的高，每百米長(zhǎng)的經(jīng)絲間穿越的緯絲愈多，織物愈密愈強(qiáng)，滲透性愈低單絲的表面積較多絲的小，其防止生物淤堵的性能好。按粘合不同分熱粘合化學(xué)粘合機(jī)械粘合

這類產(chǎn)品又稱無(wú)紡?fù)凉た椢?。（二）非織造型土工織?/p>

熱粘合是將纖維在傳送帶上成網(wǎng)讓其通過(guò)兩個(gè)反向轉(zhuǎn)動(dòng)的熱輥之間熱壓，纖維網(wǎng)受熱達(dá)到一定溫度后，部分纖維軟化熔融，互相粘連，冷卻后得到固化?；瘜W(xué)粘合是通過(guò)不同工藝將粘合劑均勻地施加到纖維網(wǎng)中，待粘合劑固化，纖維之間便互相粘連，使網(wǎng)得以加固，厚度可達(dá)3mm。常用的粘合劑有聚烯酯、聚酯乙烯等。定義定義

定義機(jī)械粘合是以不同的機(jī)械工具將纖維加固。有針刺法和水刺法兩種。1.熱粘合

熱粘合是將纖維在傳送帶上成網(wǎng)，讓其通過(guò)兩個(gè)反向轉(zhuǎn)動(dòng)的熱輥之間熱壓，纖維網(wǎng)受熱達(dá)到一定溫度后，部分纖維軟化熔融，互相粘連，冷卻后得到固化。這種方法主要用于生產(chǎn)薄型土工織物，厚度一般為0.5~1.0mm。由于纖維是隨機(jī)分布的，織物中形成無(wú)數(shù)大小不一的開孔，又無(wú)經(jīng)緯絲之分，故其強(qiáng)度的各向異性不明顯。

紡粘合是熱粘合中的一種，是將聚合物原材料經(jīng)過(guò)熔融、擠壓、紡絲成網(wǎng)、纖維加固后形成的產(chǎn)品。該種織物厚度薄而強(qiáng)度高，滲透性大。由于制造流程短，產(chǎn)品質(zhì)量好，品種規(guī)格多，成本低，用途廣，近年來(lái)在我國(guó)發(fā)展較快。

2.化學(xué)粘合化學(xué)粘合是通過(guò)不同工藝將粘合劑均勻地施加到纖維網(wǎng)中，待粘合劑固化，纖維之間便互相粘連，使網(wǎng)得以加固，厚度可達(dá)3mm。常用的粘合劑有聚烯酯、聚酯乙烯等。

3、機(jī)械粘合以不同的機(jī)械工具將纖維加固。有針刺法和水刺法兩種。針刺法利用裝在針刺機(jī)底板上的許多截面為三角形或棱形且側(cè)面有鉤刺的針，由機(jī)器帶動(dòng)，作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，讓網(wǎng)內(nèi)的纖維互相纏結(jié)，從而織網(wǎng)得以加固。產(chǎn)品厚度一般在1mm以上，孔隙率高，滲透性大，反濾、排水性能好，在工程中應(yīng)用很廣。水刺法是利用高壓噴射水流射入纖維網(wǎng)，使纖維互相纏結(jié)加固。產(chǎn)品柔軟，主要用于衛(wèi)生用品，工程中尚未應(yīng)用。土工膜是透水性極低的土工合成材料。

按原材料分聚合物瀝青按原材料分現(xiàn)場(chǎng)制作工廠制作二、土工膜二、土工膜土工膜是透水性極低的土工合成材料。根據(jù)原材料不同，可分為聚合物和瀝青兩大類。按制作方法不同，可分為現(xiàn)場(chǎng)制作和工廠預(yù)制兩大類。為滿足不同強(qiáng)度和變形需要，又有加筋和不加筋之分。聚合物膜在工廠制造，而瀝青膜則大多在現(xiàn)場(chǎng)制造。制造土工膜的聚合物有熱塑塑料（如聚氯乙烯）、結(jié)晶熱塑塑料（如高密度聚乙烯）、熱塑彈性體（如氯化聚乙烯）和橡膠（如氯丁橡膠）等?，F(xiàn)場(chǎng)制造是指在工地現(xiàn)場(chǎng)地面上噴涂一層或敷一層冷或熱的粘性材料（瀝青和彈性材料混合物或其它聚合物）或在工地先鋪設(shè)一層織物在需要防滲的表面，然后在織物上噴涂一層熱的粘性材料，使透水性低的粘性材料浸在織物的表面，形成整體性的防滲薄膜。熱塑塑料聚氯乙烯高密度聚乙烯結(jié)晶熱塑塑料熱塑彈性體氯化聚乙烯橡膠氯丁橡膠制造土工膜的聚合物有如如如如復(fù)合土工膜塑料排水帶軟式排水管

三、土工復(fù)合材料土工復(fù)合材料是兩或兩種以上的土工合材料組合在一起的制品種類定義

復(fù)合土工膜是將土工膜和土工織物（包括織造型和非織造型）復(fù)合在一起的產(chǎn)品。

單位面積為200~600g/m2工廠制造時(shí)有2種一是將織物和膜共同壓成

二是在織物上涂抹聚合物復(fù)合土工膜（一）復(fù)合土工膜

復(fù)合土工膜是將土工膜和土工織物（包括織造型和非織造型）復(fù)合在一起的產(chǎn)品。應(yīng)用較多的是非織造針刺土工織物，其單位面積質(zhì)量一般為200~600g/m2。復(fù)合土工膜在工廠制造時(shí)有兩種方法，一是將織物和膜共同壓成；二是在織物上涂抹聚合物以形成二層（一布一膜）、三層（二布一膜）、五層（三布二膜）的復(fù)合土工膜。復(fù)合土工膜具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如：以織造型土工織物復(fù)合，可以對(duì)土工膜加筋，保護(hù)不受運(yùn)輸或施工期間的外力損壞；以非織造型織物復(fù)合，可以對(duì)土工膜起加筋、保護(hù)、排水排氣作用，提高膜的摩擦系數(shù)，在水利工程和交通隧洞工程中有廣泛的應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)1.對(duì)土工膜加筋

2.保護(hù)不受外力損壞

織造型土工織物復(fù)合非織造型織物復(fù)合

1.對(duì)土工膜起加筋、保護(hù)、排水排氣作用2.提高膜的摩擦系數(shù)芯板截面形式有塑料排水帶城垛式口琴式乳頭式塑料排水帶是由不同截面形狀的連續(xù)塑料芯板外面包裹非織造土工織物（濾膜）而成。定義（二）塑料排水帶塑料排水帶是由不同凹凸截面形狀并形成連續(xù)排水槽的帶狀芯材，外包非織造土工織物（濾膜）構(gòu)成的排水材料。芯板的原材料為聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。芯板截面形式有城垛式、口琴式和乳頭式等。芯板起骨架作用，截面形成的縱向溝槽供通水之用，而濾膜多為滌綸無(wú)紡織物，作用是濾土、透水。塑料排水帶的寬度一般為100mm，厚度為3.5~4mm，每卷長(zhǎng)100~200m，單位重0.125kg/m。排水帶在公路、碼頭、水閘等軟基加固工程中應(yīng)用廣泛。軟式排水管

軟式排水管又稱為滲水軟管，是由高強(qiáng)度鋼絲圈作為支撐體及具有反濾、透水、保護(hù)作用的管壁包裹材料兩部分構(gòu)成的。

定義看下圖（三）軟式排水管軟式排水管又稱為滲水軟管，是由高強(qiáng)度鋼絲圈作為支撐體及具有反濾、透水、保護(hù)作用的管壁包裹材料兩部分構(gòu)成的。軟式排水管兼有硬水管的耐壓與耐久性能，又有軟水管的柔軟和輕便特點(diǎn)，過(guò)濾性強(qiáng)，排水性好，可用于各種排水工程中。定義

水充袋采用耐壓不透水高強(qiáng)土工布或特殊高級(jí)呢絨布料加工而成。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)制作簡(jiǎn)便易于操作操作不當(dāng)袋內(nèi)易進(jìn)氣上浮水沖袋使用條件水充袋直徑必須大于洞口直徑。洞口內(nèi)無(wú)樹根，洞口周圍無(wú)雜物。土工布膠泥軟楔圖8-7膠泥、土工布組合式軟楔圖土工織物網(wǎng)式軟簾圖8-8簡(jiǎn)易網(wǎng)式軟簾示意圖常見的有以下幾種：

看下圖四、土工特種材料土工特種材料是為工程特定需要而生產(chǎn)的產(chǎn)品分類土工模袋土工格室土工管土工包土工合成材料粘土墊層土工網(wǎng)聚苯乙烯板塊土工格柵

土工格柵是在聚丙烯或高密度聚乙烯板材上先沖孔，然后進(jìn)行拉伸而成的帶長(zhǎng)方形孔的板材，如圖8-6所示。（一）土工格柵（a）單向格柵（b）雙向格柵（一）土工格柵土工格柵是在聚丙烯或高密度聚乙烯板材上先沖孔，然后進(jìn)行拉伸而成的帶長(zhǎng)方形孔的板材。加熱拉伸是讓材料中的高分子定向排列，以獲得較高的抗拉強(qiáng)度和較低的延伸率。按拉伸方向不同，可分為單向拉伸（孔近矩形）和雙向拉伸（孔近方形）兩種。單向拉伸在拉伸方向上皆有較高強(qiáng)度。土工格柵強(qiáng)度高、延伸率低，是加筋的好材料。土工格柵埋在土內(nèi)，與周圍土之間不僅有摩擦作用，而且由于土石料嵌入其開孔中，還有較高的咬合力，它與土的摩擦系數(shù)高達(dá)0.8~1.0。（二）土工網(wǎng)

土工網(wǎng)是由聚合物經(jīng)擠塑成網(wǎng)，或由粗股條編織，或由合成樹脂壓制成的具有較大孔眼和一定剛度的平面結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀材料。如下圖。（二）土工網(wǎng)土工網(wǎng)是由聚合物經(jīng)擠塑成網(wǎng)，或由粗股條編織，或由合成樹脂壓制成的具有較大孔眼和一定剛度的平面結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀材料。網(wǎng)孔尺寸、形狀、厚度和制造方法不同，其性能也有很大差異。一般而言，土工網(wǎng)的抗拉強(qiáng)度都較低，延伸率較高。這類產(chǎn)品常用于坡面、防護(hù)、植草、軟基加固墊層或用于制造復(fù)合排水材料。

（三）土工模袋按加工工藝分機(jī)織模袋簡(jiǎn)易模袋土工模袋是由上下兩層土工織物制成的大面積連續(xù)袋狀材料，袋內(nèi)充填混凝土或水泥砂漿，凝固后形成整體混凝土板，可用作護(hù)坡。

（三）土工模袋

土工模袋是由上下兩層土工織物制成的大面積連續(xù)袋狀材料，袋內(nèi)充填混凝土或水泥砂漿，凝固后形成整體混凝土板，可用作護(hù)坡。模袋上下兩層之間用一定長(zhǎng)度的尼龍繩來(lái)保持其間隔，可以控制填充時(shí)的厚度。澆注在現(xiàn)場(chǎng)用高壓泵進(jìn)行?；炷粱蛏皾{注入模袋后，多余水量可從織物孔隙中排走，故而降低了水分，加快了凝固速度，提高了強(qiáng)度。按加工工藝不同，模袋可分為機(jī)織模袋和簡(jiǎn)易模袋兩類。前者是由工廠生產(chǎn)的定型產(chǎn)品，而后者是用手工縫制而成。（四）土工格室

土工格室是由強(qiáng)化的高密度聚乙烯寬帶，每隔一定間距以強(qiáng)力焊接而形成的網(wǎng)狀格室結(jié)構(gòu)。（如下圖）。（四）土工格室土工格室是由強(qiáng)化的高密度聚乙烯寬帶，每隔一定間距以強(qiáng)力焊接而形成的網(wǎng)狀格室結(jié)構(gòu)。典型條帶寬100mm、厚1.2mm，每隔300mm進(jìn)行焊接。格室張開后，可填土料，由于格室對(duì)土的側(cè)向位移的限制，可大大提高土體的剛度和強(qiáng)度。土工格室可用于處理軟弱地基，增大其承載力，沙漠地帶可用于固沙，還可用于護(hù)坡等。（五）土工管、土工包土工管是用經(jīng)防老化處理的高強(qiáng)度土工織物制成的大型管袋及包裹體，可有效地護(hù)岸和用于崩岸搶險(xiǎn)，或利用其堆筑堤防。定義土工包是將大面積高強(qiáng)度的土工織物攤鋪在可開底的空駁船內(nèi)，充填

200—800m3料物將織物包裹閉合，運(yùn)送沉放到一定預(yù)定位置。在國(guó)外，該技術(shù)主要用于環(huán)境保護(hù)。

定義（五）土工管、土工包

土工管是用經(jīng)防老化處理的高強(qiáng)度土工織物制成的大型管袋及包裹體，可有效地護(hù)岸和用于崩岸搶險(xiǎn)，或利用其堆筑堤防。

土工包是將大面積高強(qiáng)度的土工織物攤鋪在可開底的空駁船內(nèi)，充填200—800m3料物將織物包裹閉合，運(yùn)送沉放到一定預(yù)定位置。在國(guó)外，該技術(shù)主要用于環(huán)境保護(hù)。（六）聚苯乙烯板塊

聚苯乙烯板塊又稱泡沫塑料，是以聚苯乙烯為原料，加入發(fā)泡劑制成的。特點(diǎn)

吸水率小

有一定抗壓強(qiáng)度導(dǎo)熱系數(shù)低

質(zhì)量輕

（六）聚苯乙烯板塊

聚苯乙烯板塊又稱泡沫塑料，是以聚苯乙烯為原料，加入發(fā)泡劑制成的。其特點(diǎn)是質(zhì)量輕、導(dǎo)熱系數(shù)低、吸水率小、有一定抗壓強(qiáng)度。由于其質(zhì)量輕，可用它代替土料，填筑橋端的引堤，解決橋頭跳車問題。其導(dǎo)熱系數(shù)低，在寒冷地帶，可用該材料板塊防止結(jié)構(gòu)物凍害，例如，在擋墻背面或閘底板下，放置泡沫塑料以防止凍脹等。（七）土工合成材料粘土墊層

土工合成材料粘土墊層是由兩層或多層土工織物（或土工膜）中間夾一層膨潤(rùn)土粉末（或其他低滲透性材料）以針刺（縫合或粘接）而成的一種復(fù)合材料。特點(diǎn)體積小質(zhì)量輕柔性好密封性良好抗剪強(qiáng)度較高施工簡(jiǎn)單適應(yīng)不均勻沉降（七）土工合成材料粘土墊層

土工合成材料粘土墊層是由兩層或多層土工織物（或土工膜）中間夾一層膨潤(rùn)土粉末（或其他低滲透性材料）以針刺（縫合或粘接）而成的一種復(fù)合材料。其優(yōu)點(diǎn)是體積小、質(zhì)量輕、柔性好、密封性良好、抗剪強(qiáng)度較高、施工簡(jiǎn)便、適應(yīng)不均勻沉降，比壓實(shí)粘土墊層具有無(wú)比的優(yōu)越性，可代替一般的粘土密封層，用于水利或土木工程中的防滲或密封設(shè)計(jì)。合成材料的技術(shù)性質(zhì)物理性能力學(xué)性能水利性能耐久性第二節(jié)土工合成材料的技術(shù)性能土土工的合相成互材作料用與土工合成材料廣泛應(yīng)用于水利和巖土工程的各個(gè)領(lǐng)域。不同的工程對(duì)材料有不同的功能要求，并因此而選擇不同的類型和不同品種的土工合成材料。根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)范、規(guī)程，土工合成材料的技術(shù)性能大體可分為物理性能、力學(xué)性能、水力性能、土工合成材料與土相互作用及耐久性等。

（一）單位面積質(zhì)量

單位面積質(zhì)量，是指1平方米土工合成材料的質(zhì)量，單位為g/m2。用稱量法計(jì)算按下式計(jì)算每塊試樣的單位面積質(zhì)量G：

式中：G——單位面積質(zhì)量，g/m2；一、物理性能表示土工合成材料的物理性能的指標(biāo)主要是單位面積質(zhì)量、厚度、等效孔徑和孔隙率。

G=

（一）單位面積質(zhì)量

單位面積質(zhì)量，是指1平方米土工合成材料的質(zhì)量，單位為g/m2。它是土工合成材料的一個(gè)重要指標(biāo)，土工合成材料的單價(jià)與其大致成正比，強(qiáng)度也隨單位面積質(zhì)量增大而增大。單位面積質(zhì)量的測(cè)試方法為稱量法，從卷材長(zhǎng)度和寬度方向上隨機(jī)剪取至少10塊方形或圓形試樣，距卷材邊緣不小于100mm,每塊面積為100cm2,剪裁和測(cè)量精度為1mm。用感量為0.01g的天平進(jìn)行稱量，每塊試樣稱量一次。

M——試樣質(zhì)量，g；

A——試樣面積，m2。

（二）厚度（三）等效孔徑（表觀孔徑）土工合成材料的厚度是指在承受一定壓力的情況下，土工合成材料的實(shí)際厚度，單位為mm。等效孔徑相當(dāng)于織物的表觀最大孔徑，也是能通過(guò)的土顆粒的最大粒徑，以O(shè)表示，單位為mm。（二）厚度

土工合成材料的厚度是指在承受一定壓力的情況下，土工合成材料的實(shí)際厚度，單位為mm。土工織物的厚度在承受壓力時(shí)變化很大，并隨加壓持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)而減小。故規(guī)范規(guī)定，在測(cè)定厚度時(shí)應(yīng)按要求施加一定的壓力，在加壓30s時(shí)讀數(shù)。施加的壓力分別為（2±0.01）kPa,(20±0.1)kPa和(200±1)kPa，可以對(duì)每塊試樣逐級(jí)持續(xù)加壓測(cè)讀。測(cè)量時(shí)取樣方法與測(cè)量單位面積質(zhì)量時(shí)相同，將試樣放置在厚度試驗(yàn)儀基準(zhǔn)板上，用一與基準(zhǔn)板平行、下表面光滑、面積為25cm2的圓形壓腳對(duì)試件施加壓力，壓腳與基準(zhǔn)板間的距離即為土工合成材料厚度。土工織物的厚度一般為0.1~5mm，對(duì)厚度超過(guò)0.5mm的織物，測(cè)量精度為0.01mm，厚度小于0.5mm時(shí)，精度為0.001mm。（三）等效孔徑（表觀孔徑）

等效孔徑相當(dāng)于織物的表觀最大孔徑，也是能通過(guò)的土顆粒的最大粒徑，以O(shè)表示，單位為mm。測(cè)定土工織物孔徑的方法有直接法和間接法兩種，直接法有顯微鏡測(cè)讀和投影放大測(cè)讀法，間接法包括干篩法、濕篩法、動(dòng)力水篩法、水銀壓入法和滲透法等。目前多采用干篩法。干篩法是用織物試樣作為篩布，將預(yù)先定出粒徑的石英砂放在篩布上振篩，稱量通過(guò)篩布的石英砂的質(zhì)量，計(jì)算出截留在織物內(nèi)部和上部砂的質(zhì)量占砂?？偼斗帕康陌俜直龋êY余率）。取篩余率為95%（過(guò)篩率為5%）所對(duì)應(yīng)的粒徑為織物的等效孔徑O95。用同樣方法可得到O85、O50、O15的孔徑值，繪制出不同粒徑下篩余率與粒徑（對(duì)數(shù)坐標(biāo)）的關(guān)系曲線。試驗(yàn)前，必須用篩分法將石英砂分成不同的粒組，如0.063~0.090mm，0.090~0.106mm等。試驗(yàn)中，每種粒徑石英砂的投放量為50g，振篩時(shí)間為20min，采用的標(biāo)準(zhǔn)分析篩外徑為20mm。用下式計(jì)算篩余率Ri測(cè)定土工織物孔徑

目前多采用干篩法，干篩法試驗(yàn)的計(jì)算公式按（8-2）計(jì)算：直接法間接法顯微鏡測(cè)讀和投影放大測(cè)讀法干篩法、濕篩法、動(dòng)力水篩法、水銀壓入法和滲透法等

(8-2)式中：Mt——某粒徑石英砂的投放量，g；Mp——篩析后通過(guò)織物的石英砂質(zhì)量，g。（四）孔隙率

土工合成材料的孔隙率是指其所含孔隙體積與總體積之比，以np（%）表示。孔隙率的大小用（8-3）計(jì)算Ri=

np=（1—）×100%（四）孔隙率土工合成材料的孔隙率是指其所含孔隙體積與總體積之比，以np（%）表示。它與土工合成材料孔徑的大小有關(guān)，直接影響到織物的透水性、導(dǎo)水性和阻止土粒隨水流流失的能力。孔隙率的大小不直接測(cè)定，由單位面積質(zhì)量、密度和厚度計(jì)算得到。無(wú)紡織物在不受壓力的情況下，其孔隙率一般在90%以上，隨著壓力的增大，孔隙率減小。式中：G——單位面積質(zhì)量，g/m2;ρ——無(wú)紡織物原材料密度，g/m3;δ——無(wú)紡織物的厚度，m。二、力學(xué)性能土工合成材料力學(xué)性能指標(biāo)主要有：

土工合成材料的抗拉強(qiáng)度是指試樣在拉力機(jī)上拉伸至斷裂時(shí)，單位寬度所承受的最大拉力，其單位為KN/m，計(jì)算公式如下：

式中：Ts——抗拉強(qiáng)度，KN/m；

Pf——拉伸過(guò)程中最大拉力，KN；

B——試樣的初始寬度，m。

（一）抗拉強(qiáng)度

1.抗拉強(qiáng)度

Ts=

Ts=

2.延伸率

延伸率是試樣拉伸時(shí)對(duì)應(yīng)最大拉力時(shí)的應(yīng)變，是指試樣長(zhǎng)度的增加值與試樣初始長(zhǎng)度的比值，以百分?jǐn)?shù)（%）表示。公式如下：

(8-5)式中：εp——延伸率，%；

Lo——試樣的計(jì)算長(zhǎng)度,（夾具間距mm）

Lf——最大拉力時(shí)和試樣長(zhǎng)度，mm。

εp=×100%

3.影響因素

3.影響因素抗拉強(qiáng)度和延伸率影響因素有：原料、結(jié)構(gòu)型式、試樣的寬度、拉伸速率和拉伸方向等。

①原料。不同材料的合成纖維或紗線，其拉伸特性不同，由它們制成的織物也具有各異的拉伸特性（尤其是有紡織物）。無(wú)紡織物纖維的排列是隨機(jī)的，拉伸性能主要取決于纖維之間加固和粘合的程度。②結(jié)構(gòu)型式及拉伸方向。有紡織物的經(jīng)紗（或扁絲）和緯紗，其粗細(xì)和單位長(zhǎng)度內(nèi)的根數(shù)、甚至材料都可能不同。因此，經(jīng)緯向拉伸特性也有差別。對(duì)于無(wú)紡織物，根據(jù)鋪網(wǎng)時(shí)交錯(cuò)的方式不同，經(jīng)緯強(qiáng)度也不一樣。為此，在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，要進(jìn)行兩個(gè)方向的拉伸試驗(yàn)，并分別給出沿經(jīng)向和緯向的抗拉強(qiáng)度和延伸率。③試樣寬度。我國(guó)《土工合成材料測(cè)試規(guī)范》中規(guī)定了兩種寬度，即窄條試驗(yàn)寬50mm和寬條試驗(yàn)寬200mm。采用窄條試驗(yàn)時(shí)，無(wú)紡織物橫向收縮很大，有時(shí)高達(dá)50%以上，測(cè)得的抗拉強(qiáng)度偏?。欢屑徔椢锏臋M向收縮很小，測(cè)得的結(jié)果要好一些。④拉伸速率。拉伸速率越快，測(cè)得的抗拉強(qiáng)度越高。規(guī)范規(guī)定拉伸速率為20mm/min。（二）握持強(qiáng)度定義握持強(qiáng)度是表示土工織物抵抗外來(lái)集中荷載的能力其測(cè)試方法與抗拉強(qiáng)度基本相同,只是試驗(yàn)時(shí)僅1/3試樣寬度被夾持.該指標(biāo)除反映抗拉強(qiáng)度的影響外還與握持點(diǎn)相鄰纖維提供的附加強(qiáng)度有關(guān)拉伸速率100mm/min。試樣破壞過(guò)程中出現(xiàn)的最大拉力，即為握持強(qiáng)度，單位KN。握持強(qiáng)度試驗(yàn)如下圖所示。

（8-11）握持強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)

（8-12）撕裂強(qiáng)度梯形實(shí)驗(yàn)（三）撕裂強(qiáng)度撕裂強(qiáng)度是指沿土工織物某一裂口將裂口逐步擴(kuò)大過(guò)程中的最大拉力，單位為KN。撕裂強(qiáng)度是指沿土工織物某一裂口將裂口逐步擴(kuò)大過(guò)程中的最大拉力，單位為KN。測(cè)定撕裂強(qiáng)度試驗(yàn)方法有梯形試樣、舌形試樣和翼形試樣。梯形試樣的測(cè)試方法是將梯形輪廓畫在試樣上，并預(yù)先剪出15mm長(zhǎng)的裂口，然后沿梯形的兩個(gè)腰夾在拉力機(jī)的夾具中。拉伸速度為100mm/min，使裂口擴(kuò)展到整個(gè)試樣寬度，撕裂過(guò)程的最大拉力即為撕裂強(qiáng)度。

將梯形輪廓畫在試樣上，如圖8-12（a）所示，并預(yù)先剪出15mm長(zhǎng)的裂口，然后沿梯形的兩個(gè)腰夾在拉力機(jī)的夾具中，如圖8-12(b)所示。測(cè)定方法（四）脹破強(qiáng)度（五）圓球頂破強(qiáng)度脹破強(qiáng)度表示土工合成材料抵抗外部沖擊荷載的能力。定義圓球頂破強(qiáng)度是指土工合成材料抵抗法向荷載的能力，用以模擬凹凸不平的地基和上部塊石壓入的影響定義（四）脹破強(qiáng)度脹破強(qiáng)度表示土工合成材料抵抗外部沖擊荷載的能力。試驗(yàn)裝置如圖8-13所示。取直徑為小于125mm的圓形試樣鋪放在試驗(yàn)機(jī)的人造橡膠膜上，并夾在內(nèi)徑為31mm的環(huán)形夾具間。以170ml/min的速率加液壓使橡膠沖脹，直至試樣脹破為止。施加的最大液壓即為脹破強(qiáng)度Pb，單位為kPa，共完成10個(gè)試樣的試驗(yàn)。（五）圓球頂破強(qiáng)度

圓球頂破強(qiáng)度是指土工合成材料抵抗法向荷載的能力，用以模擬凹凸不平的地基和上部塊石壓入的影響。環(huán)形夾具內(nèi)徑為44.5mm，鋼球的直徑為25.4mm。試樣在不受預(yù)應(yīng)力的狀態(tài)下牢固地夾在環(huán)形夾具之間，鋼球沿試樣中心的法向以100mm/min的速率頂入，測(cè)得鋼球頂破試樣需要的最大壓力，即為圓球頂破強(qiáng)度Tb,單位為N。試驗(yàn)共進(jìn)行10次。（六）CBR頂破試驗(yàn)（七）刺破強(qiáng)度刺破強(qiáng)度是織物在小面積上受到法向集中荷載，直到刺破所能承受的最大力Tp，單位為N。定義（六）CBR頂破試驗(yàn)試驗(yàn)裝置如圖8-15所示。將直徑為230mm的織物試樣在不受預(yù)應(yīng)力的狀態(tài)下固定在內(nèi)徑為150mm的CBR儀圓筒頂部，然后用直徑為50mm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱活塞以60mm/min的速率頂推織物，直至試樣頂破為止，記錄最大荷載即為CBR頂破強(qiáng)度Tc，單位為N。（七）刺破強(qiáng)度刺破試驗(yàn)是模擬土工合成材料受到夾有尖銳棱角的石子或樹根的壓入而刺破的情況。刺破強(qiáng)度是織物在小面積上受到法向集中荷載，直到刺破所能承受的最大力Tp，單位為N。刺破試驗(yàn)和環(huán)形夾具與圓球頂破試驗(yàn)完全相同，頂桿直徑8mm，桿端為半球形。我國(guó)水利部測(cè)試規(guī)程用平頭頂桿，移動(dòng)速率為100mm/min，共進(jìn)行10次試驗(yàn)。（八）落錐穿透試驗(yàn)

落錐穿透試驗(yàn)是模擬工程施工中，具有尖角的石塊或其他銳利之物掉落在土工合成材料上，并穿透土工合成材料的情況，穿透孔眼的大小反映了材料抗沖擊刺破的能力。落錐試驗(yàn)試樣尺寸與CBR試驗(yàn)試樣尺寸相同，其他參數(shù)如下：落錐直徑50mm，尖錐角45°，質(zhì)量1kg，落錐置于試樣的正上方，錐尖距試樣500mm，令落錐自由下落，測(cè)定結(jié)果以試樣刺破的孔洞直徑Df表示，單位mm。（九）蠕變性能

蠕變是指材料在受力大小不變的情況下，變形隨時(shí)間增長(zhǎng)而逐漸加大的現(xiàn)象。蠕變特性是土工合成材料的重要性能之一，是材料能否長(zhǎng)期工作的關(guān)鍵，影響蠕變的因素有：原材料、結(jié)構(gòu)、應(yīng)力、周圍介質(zhì)、溫度等因素。

水力性能主要是指各類土工織物和土工復(fù)合品的透水性能。指標(biāo)孔隙率

滲透系數(shù)

等效直徑

決定了在反濾，排水及防止淤泥等方面的能力。三、水力性能

定義土工合成材料的水力性能主要是指各類土工織物和土工復(fù)合品的透水性能。主要指標(biāo)有孔隙率、等效孔徑和滲透系數(shù)，這些因素決定了土工織物和土工復(fù)合品在反濾、排水及防止淤堵等方面的能力。目前，以保土和透水作用作為選擇土工織物反濾層的準(zhǔn)則。因此，等效孔徑和滲透系數(shù)是反濾和排水功能中的重要指標(biāo)（一）垂直滲透系數(shù)和透水率（二）水平滲透系數(shù)和導(dǎo)水率垂直滲透系數(shù)是水流垂直于土工織物平面水力梯度等于1時(shí)的滲透流速，單位為cm/s。定義水平滲透系數(shù)是水流沿土工織物平面水力梯度等于1時(shí)的滲透流速，單位為cm/s。定義（一）垂直滲透系數(shù)和透水率垂直滲透系數(shù)是水流垂直于土工織物平面水力梯度等于1時(shí)的滲透流速，單位為cm/s。用kg表示

透水率是水流垂直于土工織物平面水位差等于1時(shí)的滲透流速，用Ψ表示。

土工織物的透水性能除取決于織物本身的材料、結(jié)構(gòu)、孔隙的大小和分布外，還與織物平面所受的法向應(yīng)力、水質(zhì)、水溫和水中含氣量等因素有關(guān)。（二）水平滲透系數(shù)和導(dǎo)水率水平滲透系數(shù)是水流沿土工織物平面水力梯度等于1時(shí)的滲透流速，單位為cm/s，以kh表示：

導(dǎo)水率是水力梯度等于1時(shí)水流沿土工織物平面單位寬度內(nèi)輸導(dǎo)的水量，單位為cm2/s，以Q表示。

土工織物的水平滲透系數(shù)和導(dǎo)水率除與織物的原材料、織物的結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與織物平面的法向壓力、水流狀態(tài)、水流方向與織物經(jīng)緯向夾角、水的含氣量和水的溫度等因素有關(guān)。淤堵的特性摩擦特性四、土工織物與土的相互作用相互作用的性質(zhì)最重要的有兩個(gè)

土工織物應(yīng)用于巖土工程，相互作用的性質(zhì)最重要的有兩個(gè)：一是土工織物被土顆粒淤堵的特性；二是土工織物與土的界面摩擦特性。淤堵土工織物用作濾層時(shí)，水從被保護(hù)的土流過(guò)織物，水中顆?？赡芊忾]織物表面的孔口或堵塞在織物內(nèi)部，產(chǎn)生淤堵現(xiàn)象。摩擦特性土工織物與周圍的土產(chǎn)生相對(duì)位移時(shí)，在接觸面上將產(chǎn)生摩擦阻力，界面摩擦剪切強(qiáng)度符合下列庫(kù)侖定律。τf=Ca+PntanΦsf（8-11）式中：τf——界面摩擦剪切強(qiáng)度，KPaCa——土和織物的界面粘聚力，KPaPn——織物平面的法向壓力，KPaΦsf——土和織物的界面摩擦角，（°）（一）淤堵

土工織物用作濾層時(shí)，水從被保護(hù)的土流過(guò)織物，水中顆?？赡芊忾]織物表面的孔口或堵塞在織物內(nèi)部，產(chǎn)生淤堵現(xiàn)象，滲透流量逐漸減少，同時(shí)，在織物上產(chǎn)生過(guò)大的滲透力，嚴(yán)重的淤堵會(huì)使濾層失去作用。目前，還沒有防止淤堵的設(shè)計(jì)公式，也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明淤堵容許的程度，只有通過(guò)長(zhǎng)期淤堵試驗(yàn)來(lái)判斷。淤堵試驗(yàn)歷時(shí)達(dá)500~1000h，觀測(cè)滲透流量（或滲透系數(shù)）隨時(shí)間的變化，檢驗(yàn)是否能穩(wěn)定在某一數(shù)值上。五、耐久性土工合成材料的耐久性是指其物理和化學(xué)性能的穩(wěn)定性，是土工合成材料能否應(yīng)用于永久性工程的關(guān)鍵。定義土工合成材料的耐久性主要包括抗老化能力、抗化學(xué)侵蝕能力、抗生物侵蝕能力、抗磨損能力及濕度、水分和凍融的影響。抗老化能力抗化學(xué)侵蝕能力抗生物侵蝕能力抗磨損能力及濕度水分和凍融的影響耐久性主要包括有

土工合成材料在土建工程中應(yīng)用時(shí)，不同的材料，用在不同的部位，能起到不同的作用，這就是土工合成材料的功能。定義反濾排水隔離防滲防護(hù)加筋功用第三節(jié)土工合成材料的功能一、反濾功能由于土工織物具有良好的透水性和阻止顆粒通過(guò)的性能，是用作反濾設(shè)施的理想材料，在土石壩、土堤、路基、涵閘、擋土墻等各種土建工程中，用以替代傳統(tǒng)的砂礫反濾設(shè)施，可以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和良好的技術(shù)性能。用作反濾的土工織物一般是非織造型（無(wú)紡）土工織物，有時(shí)也可使用織造型土工織物，基本要求如下：

1.被保護(hù)的土料在水流作用下，土粒不得被水流帶走，即需要有“保土性”，以便防止管涌破壞。

2.水流必須能順暢通過(guò)織物平面，即需要有“透水性”，以防止積水產(chǎn)生過(guò)高的滲透壓力。

3.織物孔徑不能被水流挾帶的土粒所阻塞，即要有“防堵性”，以避免反濾作用失效。二、排水功能一定厚度的土工織物或土工席墊，具有良好的垂直和水平透水性能，可用作排水設(shè)施，有效地把土體中的水分匯集后予以排出。例如，在堤壩工程中用以降低浸潤(rùn)線位置，控制滲透變形；土坡排水，減少孔隙壓力，防止土坡失穩(wěn)；軟土地基排水，加速土固結(jié)，提高地基承載能力；擋墻背面排水，以減少壓力，提高墻體穩(wěn)定性等等。土工織物用作排水時(shí)兼起反濾作用，除滿足反濾的基本要求外，織物還應(yīng)有足夠的平面排水能力以導(dǎo)走來(lái)水。三、隔離功能隔離是將土工合成材料放置在兩種不同材料之間或兩種不同土體之間，使其不互相混雜。例如將碎石和細(xì)粒土隔離，軟土和填土之間隔離等。隔離可以產(chǎn)生很好的工程技術(shù)效果，當(dāng)結(jié)構(gòu)承受外部荷載作用時(shí)，隔離作用使材料不致互相混雜或流失，從而保持其整體結(jié)構(gòu)和功能。例如，土石壩、堤防、路基等不同材料的各界面之間的分隔層；在凍脹性土中，用以切斷毛細(xì)水流以消減土的凍脹和上層土融化而引起的沉陷或翻漿現(xiàn)象，防止粗粒材料陷入軟弱路基和防止開裂反射到表面的作用，等等。用隔離的土工合成材料應(yīng)以它們?cè)诠こ讨械挠猛緛?lái)確定，應(yīng)用最多的是有紡?fù)凉た椢?。如果?duì)材料的強(qiáng)度要求較高，可以土工網(wǎng)或土工格柵作材料的墊層，當(dāng)要求隔離防滲時(shí)，用土工膜或復(fù)合土工膜。用于隔離的材料必須具有足夠的抗頂破能力和抵抗剌破的能力。四、防滲功能防滲是防止液體滲透流失的作用，也包括防止氣體的揮發(fā)擴(kuò)散。土工膜及復(fù)合土工膜防滲性能很好，其滲透系數(shù)一般為10-11~10-15cm/s，在水利工程中利用土工膜或復(fù)合土工膜，可有效防止水或其它液體的滲漏。例如，堤壩的防滲斜墻或心墻；透水地基上堤壩的水平防滲鋪蓋和垂直防滲墻；混凝土壩、圬工壩及碾壓混凝土壩的防滲體；渠道和蓄水池的襯砌防滲；涵閘、海漫與護(hù)坦的防滲；隧洞和堤壩內(nèi)埋管的防滲；施工圍堰的防滲等等。

土工膜防滲效果好，質(zhì)量輕，運(yùn)輸方便，施工簡(jiǎn)單，造價(jià)低，為保證土工膜發(fā)揮其應(yīng)有的防滲作用，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1.土工膜材質(zhì)選擇。土工膜的原材料有多種，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件進(jìn)行適當(dāng)選擇。例如在寒冷地帶，應(yīng)考慮土工膜在低溫下是否會(huì)變脆破壞，是否會(huì)影響焊接質(zhì)量；土質(zhì)和水質(zhì)中的某些化學(xué)成分會(huì)不會(huì)給膜材或粘結(jié)劑帶來(lái)不良作用等。

2.排水、排氣問題。鋪設(shè)土工膜后，由于種種原因，膜下有可能積氣、積水，如不將它們排走，可能因受頂托而破壞。

3.表面防護(hù)。聚合物制成的土工膜容易因日光紫外線照射而降解或破壞，故在儲(chǔ)存、運(yùn)輸和施工等各個(gè)環(huán)節(jié)，必須注意封蓋遮陽(yáng)。五、防護(hù)功能防護(hù)功能是指土工合成材料及由土工合成材料為主體構(gòu)成的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件對(duì)土體起到的防護(hù)作用。例如，把拼成大片的土工織物或者是用土工合成材料做成土工膜袋、土枕、石籠或各種排體鋪設(shè)在需要保護(hù)的岸坡、堤腳及其他需要保護(hù)的地方，用以抵抗水流及波浪的沖刷和侵蝕；將土工織物置于兩種材料之間，當(dāng)一種材料受力時(shí)，它可使另一種材料先遭破壞。水利工程中利用土工合成材料的常見防護(hù)工程有：江河湖泊岸坡防護(hù)；水庫(kù)岸坡防護(hù)；水道護(hù)底和水下防護(hù)；渠道和水池護(hù)坡；水閘護(hù)底；岸坡防沖植被；水閘、擋墻等防凍脹措施等。用于防護(hù)的土工織物應(yīng)符合反濾準(zhǔn)則和具有一定的強(qiáng)度。六、加筋功能加筋是將具有高拉伸強(qiáng)度、拉伸模量和表面摩擦系數(shù)較大的土工合成材料（筋材）埋入土體中，通過(guò)筋材與周圍土體界面間摩擦阻力的應(yīng)力傳遞，約束土體受力時(shí)側(cè)向位移，從而提高土體的承載力或結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。用于加筋的土工合成材料有織造土工織物、土工帶、土工網(wǎng)和土工格柵等，較多地應(yīng)用于軟土地基加固、堤壩陡坡、擋土墻等。用于加筋的土