第八章-土工合成材

第八章土工合成材料本章內容

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

我國《土工合成材料應用技術規(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合土工特種土工合成材料是20世紀50年代末期發(fā)展起來的一種新型建筑材料，它是應用于巖土工程、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（在正常使用條件下，可達50—100年）、強度高（在埋置20年后，強度仍保持75%）、柔性好、抗變形能力強、施工簡易、造價低廉、材料來源豐富，在水利水電、道路、海港、采礦、軍工、環(huán)境等工程領域得到了廣泛的應用。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）織造型土工織物結構多絲薄膜單絲型式平紋斜紋緞紋（一）織造型土工織物

1.結構織造型土工織物是問世最早的土工織物產(chǎn)品，又稱為有紡土工織物。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，再借織機織成平面結構的布狀產(chǎn)品?？椩鞎r有相互垂直的兩組平行絲，沿織機（長）方向的稱經(jīng)絲，橫過織機（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的連續(xù)長絲。在擠出的同時或剛擠出后將絲拉伸，使其中的分子定向，以提高絲的強度。多絲是由若干根單絲組成的，在制造高強度土工織物時常采用多絲。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。平紋是最簡單、應用最多的織法，其形式是經(jīng)、緯紋一上一下。斜紋是經(jīng)絲跳越幾根緯絲，最簡單的形式是經(jīng)絲二上一下。緞紋是經(jīng)絲和緯絲長距離的跳越，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，每百米長的經(jīng)絲間穿越的緯絲愈多，織物愈密愈強，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，可以借助調整絲（紗）的材質、品種和織造方式等來得到符合工程要求的強度、經(jīng)緯強度比、摩擦系數(shù)、等效孔徑和耐久性等項指標。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，每百米長的經(jīng)絲間穿越的緯絲愈多，織物愈密愈強，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粘合機械粘合

這類產(chǎn)品又稱無紡土工織物。（二）非織造型土工織物

熱粘合是將纖維在傳送帶上成網(wǎng)讓其通過兩個反向轉動的熱輥之間熱壓，纖維網(wǎng)受熱達到一定溫度后，部分纖維軟化熔融，互相粘連，冷卻后得到固化?；瘜W粘合是通過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3mm。常用的粘合劑有聚烯酯、聚酯乙烯等。定義定義

定義機械粘合是以不同的機械工具將纖維加固。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)，讓其通過兩個反向轉動的熱輥之間熱壓，纖維網(wǎng)受熱達到一定溫度后，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。由于纖維是隨機分布的，織物中形成無數(shù)大小不一的開孔，又無經(jīng)緯絲之分，故其強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度高，滲透性大。由于制造流程短，產(chǎn)品質量好，品種規(guī)格多，成本低，用途廣，近年來在我國發(fā)展較快。

2.化學粘合化學粘合是通過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3mm。常用的粘合劑有聚烯酯、聚酯乙烯等。

3、機械粘合以不同的機械工具將纖維加固。有針刺法和水刺法兩種。針刺法利用裝在針刺機底板上的許多截面為三角形或棱形且側面有鉤刺的針，由機器帶動，作上下往復運動，讓網(wǎng)內的纖維互相纏結，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)，使纖維互相纏結加固。產(chǎn)品柔軟，主要用于衛(wèi)生用品，工程中尚未應用。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)場制作和工廠預制兩大類。為滿足不同強度和變形需要，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)場制造。制造土工膜的聚合物有熱塑塑料（如聚氯乙烯）、結晶熱塑塑料（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。現(xiàn)場制造是指在工地現(xiàn)場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合土工膜塑料排水帶軟式排水管

三、土工復合材料土工復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）復合在一起的產(chǎn)品。

單位面積為200~600g/m2工廠制造時有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合土工膜（一）復合土工膜

復合土工膜是將土工膜和土工織物（包括織造型和非織造型）復合在一起的產(chǎn)品。應用較多的是非織造針刺土工織物，其單位面積質量一般為200~600g/m2。復合土工膜在工廠制造時有兩種方法，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）的復合土工膜。復合土工膜具有許多優(yōu)點，例如：以織造型土工織物復合，可以對土工膜加筋，保護不受運輸或施工期間的外力損壞；以非織造型織物復合，可以對土工膜起加筋、保護、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用。優(yōu)點1.對土工膜加筋

2.保護不受外力損壞

織造型土工織物復合非織造型織物復合

1.對土工膜起加筋、保護、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用廣泛。軟式排水管

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

定義看下圖（三）軟式排水管軟式排水管又稱為滲水軟管，是由高強度鋼絲圈作為支撐體及具有反濾、透水、保護作用的管壁包裹材料兩部分構成的。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，過濾性強，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土工布或特殊高級呢絨布料加工而成。優(yōu)點缺點制作簡便易于操作操作不當袋內易進氣上浮水沖袋使用條件水充袋直徑必須大于洞口直徑。洞口內無樹根，洞口周圍無雜物。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，然后進行拉伸而成的帶長方形孔的板材，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，然后進行拉伸而成的帶長方形孔的板材。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度。土工格柵強度高、延伸率低，是加筋的好材料。土工格柵埋在土內，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構網(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構網(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)的抗拉強度都較低，延伸率較高。這類產(chǎn)品常用于坡面、防護、植草、軟基加固墊層或用于制造復合排水材料。

（三）土工模袋按加工工藝分機織模袋簡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。

（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。澆注在現(xiàn)場用高壓泵進行?；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，提高了強度。按加工工藝不同，模袋可分為機織模袋和簡易模袋兩類。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)狀格室結構。（如下圖）。（四）土工格室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)狀格室結構。典型條帶寬100mm、厚1.2mm，每隔300mm進行焊接。格室張開后，可填土料，由于格室對土的側向位移的限制，可大大提高土體的剛度和強度。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，還可用于護坡等。（五）土工管、土工包土工管是用經(jīng)防老化處理的高強度土工織物制成的大型管袋及包裹體，可有效地護岸和用于崩岸搶險，或利用其堆筑堤防。定義土工包是將大面積高強度的土工織物攤鋪在可開底的空駁船內，充填

200—800m3料物將織物包裹閉合，運送沉放到一定預定位置。在國外，該技術主要用于環(huán)境保護。

定義（五）土工管、土工包

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

土工包是將大面積高強度的土工織物攤鋪在可開底的空駁船內，充填200—800m3料物將織物包裹閉合，運送沉放到一定預定位置。在國外，該技術主要用于環(huán)境保護。（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

吸水率小

有一定抗壓強度導熱系數(shù)低

質量輕

（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。其特點是質量輕、導熱系數(shù)低、吸水率小、有一定抗壓強度。由于其質量輕，可用它代替土料，填筑橋端的引堤，解決橋頭跳車問題。其導熱系數(shù)低，在寒冷地帶，可用該材料板塊防止結構物凍害，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）而成的一種復合材料。特點體積小質量輕柔性好密封性良好抗剪強度較高施工簡單適應不均勻沉降（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）而成的一種復合材料。其優(yōu)點是體積小、質量輕、柔性好、密封性良好、抗剪強度較高、施工簡便、適應不均勻沉降，比壓實粘土墊層具有無比的優(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計。合成材料的技術性質物理性能力學性能水利性能耐久性第二節(jié)土工合成材料的技術性能土土工的合相成互材作料用與土工合成材料廣泛應用于水利和巖土工程的各個領域。不同的工程對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)國家有關規(guī)范、規(guī)程，土工合成材料的技術性能大體可分為物理性能、力學性能、水力性能、土工合成材料與土相互作用及耐久性等。

（一）單位面積質量

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

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

G=

（一）單位面積質量

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

M——試樣質量，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，土工合成材料的實際厚度，單位為mm。等效孔徑相當于織物的表觀最大孔徑，也是能通過的土顆粒的最大粒徑，以O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，土工合成材料的實際厚度，單位為mm。土工織物的厚度在承受壓力時變化很大，并隨加壓持續(xù)時間的延長而減小。故規(guī)范規(guī)定，在測定厚度時應按要求施加一定的壓力，在加壓30s時讀數(shù)。施加的壓力分別為（2±0.01）kPa,(20±0.1)kPa和(200±1)kPa，可以對每塊試樣逐級持續(xù)加壓測讀。測量時取樣方法與測量單位面積質量時相同，將試樣放置在厚度試驗儀基準板上，用一與基準板平行、下表面光滑、面積為25cm2的圓形壓腳對試件施加壓力，壓腳與基準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，對厚度超過0.5mm的織物，測量精度為0.01mm，厚度小于0.5mm時，精度為0.001mm。（三）等效孔徑（表觀孔徑）

等效孔徑相當于織物的表觀最大孔徑，也是能通過的土顆粒的最大粒徑，以O表示，單位為mm。測定土工織物孔徑的方法有直接法和間接法兩種，直接法有顯微鏡測讀和投影放大測讀法，間接法包括干篩法、濕篩法、動力水篩法、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，將預先定出粒徑的石英砂放在篩布上振篩，稱量通過篩布的石英砂的質量，計算出截留在織物內部和上部砂的質量占砂?？偼斗帕康陌俜直龋êY余率）。取篩余率為95%（過篩率為5%）所對應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（對數(shù)坐標）的關系曲線。試驗前，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。試驗中，每種粒徑石英砂的投放量為50g，振篩時間為20min，采用的標準分析篩外徑為20mm。用下式計算篩余率Ri測定土工織物孔徑

目前多采用干篩法，干篩法試驗的計算公式按（8-2）計算：直接法間接法顯微鏡測讀和投影放大測讀法干篩法、濕篩法、動力水篩法、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——篩析后通過織物的石英砂質量，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?？紫堵实拇笮∮茫?-3）計算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，直接影響到織物的透水性、導水性和阻止土粒隨水流流失的能力?？紫堵实拇笮〔恢苯訙y定，由單位面積質量、密度和厚度計算得到。無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——單位面積質量，g/m2;ρ——無紡織物原材料密度，g/m3;δ——無紡織物的厚度，m。二、力學性能土工合成材料力學性能指標主要有：

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

式中：Ts——抗拉強度，KN/m；

Pf——拉伸過程中最大拉力，KN；

B——試樣的初始寬度，m。

（一）抗拉強度

1.抗拉強度

Ts=

Ts=

2.延伸率

延伸率是試樣拉伸時對應最大拉力時的應變，是指試樣長度的增加值與試樣初始長度的比值，以百分數(shù)（%）表示。公式如下：

(8-5)式中：εp——延伸率，%；

Lo——試樣的計算長度,（夾具間距mm）

Lf——最大拉力時和試樣長度，mm。

εp=×100%

3.影響因素

3.影響因素抗拉強度和延伸率影響因素有：原料、結構型式、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）。無紡織物纖維的排列是隨機的，拉伸性能主要取決于纖維之間加固和粘合的程度。②結構型式及拉伸方向。有紡織物的經(jīng)紗（或扁絲）和緯紗，其粗細和單位長度內的根數(shù)、甚至材料都可能不同。因此，經(jīng)緯向拉伸特性也有差別。對于無紡織物，根據(jù)鋪網(wǎng)時交錯的方式不同，經(jīng)緯強度也不一樣。為此，在進行拉伸試驗時，要進行兩個方向的拉伸試驗，并分別給出沿經(jīng)向和緯向的抗拉強度和延伸率。③試樣寬度。我國《土工合成材料測試規(guī)范》中規(guī)定了兩種寬度，即窄條試驗寬50mm和寬條試驗寬200mm。采用窄條試驗時，無紡織物橫向收縮很大，有時高達50%以上，測得的抗拉強度偏??；而有紡織物的橫向收縮很小，測得的結果要好一些。④拉伸速率。拉伸速率越快，測得的抗拉強度越高。規(guī)范規(guī)定拉伸速率為20mm/min。（二）握持強度定義握持強度是表示土工織物抵抗外來集中荷載的能力其測試方法與抗拉強度基本相同,只是試驗時僅1/3試樣寬度被夾持.該指標除反映抗拉強度的影響外還與握持點相鄰纖維提供的附加強度有關拉伸速率100mm/min。試樣破壞過程中出現(xiàn)的最大拉力，即為握持強度，單位KN。握持強度試驗如下圖所示。

（8-11）握持強度實驗

（8-12）撕裂強度梯形實驗（三）撕裂強度撕裂強度是指沿土工織物某一裂口將裂口逐步擴大過程中的最大拉力，單位為KN。撕裂強度是指沿土工織物某一裂口將裂口逐步擴大過程中的最大拉力，單位為KN。測定撕裂強度試驗方法有梯形試樣、舌形試樣和翼形試樣。梯形試樣的測試方法是將梯形輪廓畫在試樣上，并預先剪出15mm長的裂口，然后沿梯形的兩個腰夾在拉力機的夾具中。拉伸速度為100mm/min，使裂口擴展到整個試樣寬度，撕裂過程的最大拉力即為撕裂強度。

將梯形輪廓畫在試樣上，如圖8-12（a）所示，并預先剪出15mm長的裂口，然后沿梯形的兩個腰夾在拉力機的夾具中，如圖8-12(b)所示。測定方法（四）脹破強度（五）圓球頂破強度脹破強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）脹破強度脹破強度表示土工合成材料抵抗外部沖擊荷載的能力。試驗裝置如圖8-13所示。取直徑為小于125mm的圓形試樣鋪放在試驗機的人造橡膠膜上，并夾在內徑為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度Pb，單位為kPa，共完成10個試樣的試驗。（五）圓球頂破強度

圓球頂破強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)形夾具內徑為44.5mm，鋼球的直徑為25.4mm。試樣在不受預應力的狀態(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，測得鋼球頂破試樣需要的最大壓力，即為圓球頂破強度Tb,單位為N。試驗共進行10次。（六）CBR頂破試驗（七）刺破強度刺破強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頂破試驗試驗裝置如圖8-15所示。將直徑為230mm的織物試樣在不受預應力的狀態(tài)下固定在內徑為150mm的CBR儀圓筒頂部，然后用直徑為50mm的標準圓柱活塞以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頂破強度Tc，單位為N。（七）刺破強度刺破試驗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。刺破試驗和環(huán)形夾具與圓球頂破試驗完全相同，頂桿直徑8mm，桿端為半球形。我國水利部測試規(guī)程用平頭頂桿，移動速率為100mm/min，共進行10次試驗。（八）落錐穿透試驗

落錐穿透試驗是模擬工程施工中，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。落錐試驗試樣尺寸與CBR試驗試樣尺寸相同，其他參數(shù)如下：落錐直徑50mm，尖錐角45°，質量1kg，落錐置于試樣的正上方，錐尖距試樣500mm，令落錐自由下落，測定結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，變形隨時間增長而逐漸加大的現(xiàn)象。蠕變特性是土工合成材料的重要性能之一，是材料能否長期工作的關鍵，影響蠕變的因素有：原材料、結構、應力、周圍介質、溫度等因素。

水力性能主要是指各類土工織物和土工復合品的透水性能。指標孔隙率

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合品的透水性能。主要指標有孔隙率、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（一）垂直滲透系數(shù)和透水率（二）水平滲透系數(shù)和導水率垂直滲透系數(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、結構、孔隙的大小和分布外，還與織物平面所受的法向應力、水質、水溫和水中含氣量等因素有關。（二）水平滲透系數(shù)和導水率水平滲透系數(shù)是水流沿土工織物平面水力梯度等于1時的滲透流速，單位為cm/s，以kh表示：

導水率是水力梯度等于1時水流沿土工織物平面單位寬度內輸導的水量，單位為cm2/s，以Q表示。

土工織物的水平滲透系數(shù)和導水率除與織物的原材料、織物的結構有關外，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。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最重要的有兩個

土工織物應用于巖土工程，相互作用的性質最重要的有兩個：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，水從被保護的土流過織物，水中顆粒可能封閉織物表面的孔口或堵塞在織物內部，產(chǎn)生淤堵現(xiàn)象。摩擦特性土工織物與周圍的土產(chǎn)生相對位移時，在接觸面上將產(chǎn)生摩擦阻力，界面摩擦剪切強度符合下列庫侖定律。τf=Ca+PntanΦsf（8-11）式中：τf——界面摩擦剪切強度，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，水從被保護的土流過織物，水中顆?？赡芊忾]織物表面的孔口或堵塞在織物內部，產(chǎn)生淤堵現(xiàn)象，滲透流量逐漸減少，同時，在織物上產(chǎn)生過大的滲透力，嚴重的淤堵會使濾層失去作用。目前，還沒有防止淤堵的設計公式，也沒有統(tǒng)一的標準說明淤堵容許的程度，只有通過長期淤堵試驗來判斷。淤堵試驗歷時達500~1000h，觀測滲透流量（或滲透系數(shù)）隨時間的變化，檢驗是否能穩(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性能的穩(wěn)定性，是土工合成材料能否應用于永久性工程的關鍵。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?？估匣芰够瘜W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用時，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的性能，是用作反濾設施的理想材料，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)的砂礫反濾設施，可以獲得巨大的經(jīng)濟效益和良好的技術性能。用作反濾的土工織物一般是非織造型（無紡）土工織物，有時也可使用織造型土工織物，基本要求如下：

1.被保護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織物平面，即需要有“透水性”，以防止積水產(chǎn)生過高的滲透壓力。

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，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兼起反濾作用，除滿足反濾的基本要求外，織物還應有足夠的平面排水能力以導走來水。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)生很好的工程技術效果，當結構承受外部荷載作用時，隔離作用使材料不致互相混雜或流失，從而保持其整體結構和功能。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以它們在工程中的用途來確定，應用最多的是有紡土工織物。如果對材料的強度要求較高，可以土工網(wǎng)或土工格柵作材料的墊層，當要求隔離防滲時，用土工膜或復合土工膜。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)擴散。土工膜及復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、海漫與護坦的防滲；隧洞和堤壩內埋管的防滲；施工圍堰的防滲等等。

土工膜防滲效果好，質量輕，運輸方便，施工簡單，造價低，為保證土工膜發(fā)揮其應有的防滲作用，應注意以下幾點：

1.土工膜材質選擇。土工膜的原材料有多種，應根據(jù)當?shù)貧夂驐l件進行適當選擇。例如在寒冷地帶，應考慮土工膜在低溫下是否會變脆破壞，是否會影響焊接質量；土質和水質中的某些化學成分會不會給膜材或粘結劑帶來不良作用等。

2.排水、排氣問題。鋪設土工膜后，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。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，故在儲存、運輸和施工等各個環(huán)節(jié)，必須注意封蓋遮陽。五、防護功能防護功能是指土工合成材料及由土工合成材料為主體構成的結構或構件對土體起到的防護作用。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在需要保護的岸坡、堤腳及其他需要保護的地方，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，當一種材料受力時，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工程有：江河湖泊岸坡防護；水庫岸坡防護；水道護底和水下防護；渠道和水池護坡；水閘護底；岸坡防沖植被；水閘、擋墻等防凍脹措施等。用于防護的土工織物應符合反濾準則和具有一定的強度。六、加筋功能加筋是將具有高拉伸強度、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，通過筋材與周圍土體界面間摩擦阻力的應力傳遞，約束土體受力時側向位移，從而提高土體的承載力或結構的穩(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，較多地應用于軟土地基加固、堤壩陡坡、擋土墻等。用于加筋的土