土工合成材料知識講座

土工合成材料1/12/20231

概述概

述土工合成材料種類主要功能作用機理及應用土工合成材料1/12/20232土工合成材料(Geosynthetics)：應用于巖土工程的，以高分子聚合物和玻璃等為主要原料制成的各種新型工程材料的統(tǒng)稱。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯(PE)、聚酯(PER)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)等。特點：質(zhì)量輕、強度高、彈性好、耐磨、耐酸堿、不易腐爛、不易蟲蛀、吸濕性小等。概述1/12/2023320世紀30年底—應用于土木工程〔塑料薄膜作為

防滲材料應用于水利工程〕；20世紀50年底—海岸護坡工程；20世紀60年代—河道、涵閘及防治路基翻漿冒泥；20世紀80年代—水利、鐵路、公路、軍工、港口、建筑、礦山、冶金和電力部門等；全國成立了土工合成材料技術(shù)協(xié)作網(wǎng)歷史發(fā)展1/12/20234

概述土工合成材料種類主要功能作用機理及應用土工合成材料設(shè)計計算1/12/20235我國?土工合成材料應用技術(shù)標準?將土工合成材料分為四大類：土工織物土工膜土工復合材料土工特種材料土工合成材料種類1/12/20236

土工織物〔geotextile〕：是一種透水性材料土工合成材料種類1/12/20237土工織物土工合成材料種類1/12/20238土工織物土工合成材料種類1/12/20239土工織物土工合成材料種類1/12/202310土工織物土工合成材料種類1/12/202311優(yōu)點：重量輕，整體連續(xù)性好〔可做成大面積整體〕；施工方便；抗拉強度高；耐腐蝕和抗微生物侵蝕性好。缺點:如未經(jīng)特殊處理，其抗紫外線能力低。土工織物土工合成材料種類1/12/202312土工膜(Geomenbranes):聚合材料和橡膠等制成的膜片或者以土工布為基布外涂一層或多層異丁橡膠形成的膜片，為一種具有一定強度的不透水材料。用于隔水防滲。土工膜土工合成材料種類1/12/202313土工膜特點：有很好的彈性和適應變形的能力；能承受不同的施工條件和工作應力；具有良好的耐老化能力。土工合成材料種類1/12/202314土工復合材料(Geocomposites)：——是兩種或兩種以上的土工合成材料組合在一起的制品。復合加筋材料：如土工格柵與土工布復合，經(jīng)編布與玻璃絲復合，土工布與土工膜復合，不織布與高強鋼絲復合等復合排水材料：如排水帶，排水片和排水板等復合隔水防滲材料：土工粘襯墊(GCL)土工合成材料種類1/12/2023151、復合土工膜一布一膜、二布一膜或三布二膜等。膜－防滲；布－排水作用。土工合成材料種類1/12/2023162、復合土工網(wǎng)土工合成材料種類1/12/2023173、土工復合排水板由芯板和透水濾布組成。芯板為硬塑料薄板，為瓦楞形或十字形，原料為聚氯乙稀或聚丙??；透水濾布為薄型無紡織布。土工合成材料種類1/12/202318GCL被用于地下水的保護、堤壩止水、水庫和蓄水池防滲，以及填筑和掩埋場的密封面層等。土工合成材料種類1/12/202319土工特種材料：——為工程特定需要而生產(chǎn)的產(chǎn)品。土工格柵(geogrid)土工網(wǎng)(geonet)土工模袋(fabriform)土工格室(geocell)

土工管(geotextube)、土工包(geocontainer)聚苯乙烯板塊(EPS)土工合成材料種類1/12/202320土工格柵：是在聚丙烯或高密度聚乙烯板材上先沖孔，然后進行拉伸而成的帶長方形或方形孔的板材。因其高強度和低延伸率而成為加筋的好材料。土工格柵土工合成材料種類1/12/202321土工格柵土工合成材料種類1/12/2023221/12/202323土工格柵在加筋構(gòu)筑物中的典型應用情況拓寬道路土工合成材料種類1/12/202324當建筑邊界受限時，采用土工格柵加筋土擋墻與加筋土邊坡組合結(jié)構(gòu)加筋土擋墻加筋土邊坡土工合成材料種類1/12/202325玻纖土工格柵用于地表植草護坡土工合成材料種類1/12/202326土工網(wǎng)：以聚丙烯或聚乙烯為原料，應用熱塑擠出法生產(chǎn)的具有較大孔徑和較大剛度的平面結(jié)構(gòu)材料?？估瓘姸榷驾^低，延伸率較高

常用于坡面防護、植草、軟基加固墊層，或用于制造復合排水材料。土工網(wǎng)土工合成材料種類1/12/202327土工網(wǎng)由擠壓機擠出的1～

5mm的塑料股線制成。土工合成材料種類1/12/202328土工墊由合成材料粘結(jié)而成的三維透水聚合物網(wǎng)墊。通常由聚乙烯制成，其厚度為15～20mm。土工合成材料種類1/12/202329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，可用作護坡。模袋上下兩層之間用一定長度的尼龍繩來保持其間隔，可以控制填充時的厚度。澆注后，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，使強度增高。土工模袋土工合成材料種類1/12/202330土工格室：是由強化的高密度聚乙烯寬帶，每隔一定間距以強力焊接而形成的網(wǎng)狀格室結(jié)構(gòu)格室張開后，可填以土料，由于格室對土的側(cè)向位移的限制，可大大提高土體的剛度和強度它可用于處理軟弱地基，增大其承載力，沙漠地帶可用于固沙，還可用于護坡等。土工格室土工合成材料種類1/12/202331土工管、土工包：是用經(jīng)防老化處理的高強土工織物制成的大型管袋及包裹體?？捎行У刈o岸和用于崩岸搶險，或利用其堆筑堤防，解決疏浚棄土的放置難題。

土工管土工管、土工包土工合成材料種類1/12/202332土工包是將高強土工織物鋪設(shè)在特制的可開底的空駁船內(nèi)，將疏浚的淤泥或廢料充填其上，待裝滿后，將織物包裹封合，防止泄漏，然后將駁船開到預定地點，翻開船底，把土工包沉放到水底。用于大面積崩岸治理、堤防迎水坡堵漏、河岸及河底的淘沖。土工合成材料種類1/12/202333

概述土工合成材料種類主要功能作用機理及應用土工合成材料1/12/202334土工合成材料的性能物理性質(zhì)

①比重；②單位面積質(zhì)量；③厚度力學性質(zhì)

①抗拉強度、伸長率；②撕裂強度；③握持拉伸強度；④摩擦試驗強度；⑤拉拔試驗強度；⑥壓縮性；⑦蠕變性；水力性質(zhì)

①滲透性;②等效孔徑主要功能1/12/202335土工合成材料的主要功能及應用濾層作用：防止細粘土的流失，又不被淤堵。排水作用：既作為排水通道．又防止淤堵。加筋作用：提高加筋體的復合強度，改善土體的變形性質(zhì)，提高土體的穩(wěn)定性和地基承載力。

隔離作用：防止不同土料混雜，保持其各自的性能防護：防止水流及風浪的沖刷和侵蝕，保護岸坡防滲、隔水和封閉：主要功能1/12/202336濾層作用當土中水流過土工織物時，水可以順暢穿過，而土粒卻被阻留的作用。用作反濾的土工織物一般是非織造型(無紡)土工織物，有時也可以用織造型土工織物。堤壩工程；公路和機場跑道的基層；鐵軌下道渣與土基間的隔離層等，同時也要求反濾功能。

主要功能1/12/2023371/12/2023381/12/202339排水作用堤壩工程中降低浸潤線位置，以減小滲流力擋墻反面排水，以消減水壓力，提高墻體穩(wěn)定性土坡排水，減小孔隙壓力，防止土坡失穩(wěn)隧道和廊道排水，以減輕滲水壓力軟土地基排水，以加速土固結(jié)，提高地基承載力土工織物用作排水時兼起反濾作用，同時，不致因土體固結(jié)變形而失效。主要功能1/12/202340軟基上堤壩底部鋪設(shè)土工織物作為排水層飽和軟土地基在堤壩重力作用下將排水固結(jié)，排出的水量通過土工織物向兩側(cè)流走。

塑料排水帶垂直排水由塑料排水芯材外包非織造土工織物(濾膜)構(gòu)成的一種土工復合排水材料，在軟土地基加固中應用廣泛。

主要功能1/12/202341掩埋場排水處理1/12/202342土工織物過濾排水結(jié)構(gòu)形式(單位：cm)1/12/202343隔離通過隔離層，引起應力擴散作用，使地基土的沉降量得到一定程度的均化。隔離提供排水面，加速地基土固結(jié)，使承載力提高。隔離層起整體性作用，可使要求的地基粗粒料支持層的厚度減少，節(jié)約建筑材料。地基中有局部軟弱區(qū)域，或有小范圍洞穴，鋪隔離層有架橋作用，以掩蓋和減弱洞穴區(qū)或軟弱區(qū)的影響。在地下水位較高的地基中，隔離層可以切斷毛細水上升，防止鹽堿化，或減弱凍脹。道路基床中，隔離是防治翻漿冒泥的有效措施。隔離層還起一定的保溫作用。主要功能1/12/202344隔離用材料應用最多的是有紡和無紡土工織物。如果對材料的強度要求較高，有時還要求以土工網(wǎng)或土工格柵作為材料的墊層。當要求隔離防滲時，那么需要土工膜或復合土工膜。主要功能1/12/202345隔離功能1/12/202346加筋功能1/12/202347防滲、隔水和封閉防止流體滲透流失的作用，也包括防止氣體的揮發(fā)擴散。水利工程中修建擋水蓄水、引水和輸水等建筑物，都有防滲、防漏的要求主要功能1/12/202348壩工中利用土工膜防滲1/12/2023491/12/202350掩埋場排水處理1/12/2023511/12/202352三峽防滲功能1/12/202353排水溝表土覆蓋層外表隔斷層根底隔斷層地基根底垃圾滲水和地下水的距離滲水導管氣體導管豎井地質(zhì)屏障經(jīng)處理的地質(zhì)屏障地下水氣體收集滲水收集垃圾體垃圾填埋體的主要構(gòu)成－防滲1/12/202354防護作用-岸坡防護包括河岸、湖岸、海岸等的防水流沖刷，波浪沖擊等；在被保護土面上覆一層有良好反濾性能的土工織物，壓上一定蓋重，即能有效地保護岸坡不受水流和波浪等的破壞。主要功能1/12/202355防護功能1/12/202356一般利用軟體排、模袋和三維植被土工網(wǎng)作岸坡防護利用土袋、土枕及土工管等筑堤壩護坡由土工織物墊與壓重物體組成，在土工織物墊上間隔縫制有加筋條，在每條加筋條上間隔縫制有系袋條，在系袋條綁上壓重物。主要功能1/12/202357正在鋪設(shè)的軟體排1/12/202358軟體排鋪設(shè)的準備1/12/2023591/12/202360用土工合成材料做堤壩防護及反濾1/12/202361用土工合成材料做堤壩防護及反濾1/12/202362用土工合成材料做堤壩防護及反濾1/12/202363土工模袋工程1/12/202364土工網(wǎng)墊邊坡綠化防護1/12/202365概述土工合成材料種類主要功能作用機理及應用土工合成材料1/12/202366加筋作用土體一般具有一定的抗壓強度，但抗剪強度很低。假設(shè)允許的側(cè)向變形愈小，它能承受的壓力將愈高，所以，要提高土的承受能力，應設(shè)法減小其側(cè)向擴張。在土體中的一定部位鋪設(shè)水平方向的加筋材料，將土壓實后，形成加筋土。受荷載作用時，加筋材與周圍土之間的摩阻力、咬合力，限制了土的側(cè)向變形，使加筋土的承壓能力得到提高。

作用機理及應用1/12/202367加筋材料通常采用織造土工織物、土工帶和土工格柵等。要求筋材與土之間有較高的界面強度(摩擦力與咬合力大)加筋材料應蠕變性較低土工格柵的蠕變性較低，是較為理想的加筋材料

作用機理及應用1/12/202368加筋土應用：1.加筋土擋墻2.堤壩邊坡加筋3.軟土地基加固

4.建筑物地基加筋墊層

作用機理及應用1/12/2023691、加筋土擋墻：在擋墻結(jié)構(gòu)中水平鋪設(shè)土工織物，土工格柵，或加筋條帶等，增加土體的強度．提高擋墻的穩(wěn)定性筋帶式b)包裹式

作用機理及應用1/12/202370加筋土擋墻有四個根本組成局部：加筋材料、填土、墻面板和墻面板根底筋帶式b)包裹式

作用機理及應用1/12/202371當加筋擋墻處于極限平衡狀態(tài)時，由于主動土壓力的作用、使在加筋土體內(nèi)形成一潛在的破裂面加筋體形成拉力，企圖把它向外拔出。在加筋體上形成向內(nèi)方向的阻力主動區(qū)穩(wěn)定區(qū)

作用機理及應用1/12/202372加筋擋土墻穩(wěn)定性分析：內(nèi)部穩(wěn)定性：確定加筋擋墻斷面的合理尺寸與形狀包括加筋布置的間距、長度、回包寬度和加筋材料的抗拉強度等外部穩(wěn)定性：地基穩(wěn)定、水平抗滑穩(wěn)定和抗傾覆穩(wěn)定

作用機理及應用1/12/2023731/12/202374巫山57m超高加筋擋土墻1/12/202375深圳河治理工程中的加筋土現(xiàn)場全景1/12/2023762、加筋土坡當?shù)虊蔚裙こ痰倪吰逻^陡時，可通過各種形式的加筋，提高邊坡穩(wěn)定性，防止滑動。堤壩如果將邊坡做陡，能減少填土方量，節(jié)約用地……采用土工織物加筋陡坡

作用機理及應用1/12/202377新建陡邊坡高路堤1/12/202378利用原有填土修復高路堤塌邊坡1/12/202379深圳地鐵僑城東站單向土工格柵加筋土路堤〔8m〕1/12/2023801/12/2023811/12/202382加筋復合土工布邊坡防護1/12/202383加筋復合土工布特有的拉緊力可穩(wěn)定邊坡1/12/2023843、軟土地基堤壩基底加筋在軟土地基外表鋪設(shè)土工織物、格柵組成加筋土墊層，提高堤壩地基的承載力與穩(wěn)定性。

作用機理及應用1/12/202385基底加筋土墊層：是沿堤壩軟基外表按一定水平和垂直間距鋪設(shè)高強度的土工織物、土工格柵、土工格室等與填土組成一定厚度的加筋土體。作用：主要是增強基底抗拉力，防止壩基底開裂，保持墊層的整體性，均化堤壩荷載引起的基底應力。約束壩基下淺層地基軟土的側(cè)向變形，改善地基應力場．防止地基剪切破壞．提高地基的穩(wěn)定性與承載力、調(diào)整不均勻沉降1/12/202386當構(gòu)筑物對沉降和變形有較高要求或地表淺層范圍內(nèi)有硬殼層時，可將格柵加筋層置于暗基床內(nèi)1/12/202387軟基上加筋堤壩設(shè)計應考慮的五種破壞模式(a)型：基底加筋強度較高。不可能被拉斷裂并保持壩體的整體性，堤壩滑動破壞或失穩(wěn)只能在地基中產(chǎn)生；1/12/202388(b)型：由于加筋強度缺乏，壩體和地基一起產(chǎn)生整體滑動1/12/202389(c)型：加筋材料的彈性變形大于堤壩自身的變形，加筋失效而破壞；1/12/202390(d)型：為加筋材料錨固失效．被拉拔破壞的情況；1/12/202391(e)型：為堤壩邊坡失穩(wěn)，沿水平加筋外表滑動破壞等。1/12/202392軟基上加筋堤壩設(shè)計應包括：加筋堤壩的承載力分析加筋墊層材料的強度和布置形式堤壩整體滑動分析加筋材料拉伸模量的檢驗加筋材料是否被拔出的檢驗邊坡水平滑動分析1/12/2023934、建筑物地基加筋墊層在軟土地基上的建筑物根底，可在基底設(shè)置一定厚度的加筋土墊層，提高地基的承載力，均化應力分布，調(diào)整均勻沉降。地基承載力隨著地基加筋層數(shù)的增加明顯增大1/12/202394土工格柵1/12/202395設(shè)計目的：