土工讲课
土工讲义
概述土的形成土是由地壳表面的岩石经过物理风化、化学风化和生物风化作用之后的产物。
岩石暴露在大气中，受到温度变化的影响，体积经常发生膨胀和收缩，不均匀的膨胀和收缩使之产生裂缝，同时长期经受风、霜、雨和雪的侵蚀以及动植物的破坏，逐渐由整块岩体崩解成大小不等和形状不同的碎块，这个过程叫做物理风化。
物理风化只改变岩石颗粒的大小和形状’不改变颗粒的成分。
物理风化后形成的碎块与氧气、二氧化碳和水接触，经过化学变化，变成更细的颗粒并且其成分也发生改变，产生与原来岩石成分不同的矿物，这个过程叫做化学风化。
在此基础上，加之生物活动的参与，从而产生有机质的积聚。
经过这些风化作用所形成的矿物颗粒堆积在一起，其间贯穿着孔隙，孔隙间存在着水和空气。
这种松散的固体颗粒（有时还会含有机质）、水和气体的集合体即是土。
土在其形成的过程中还受到重力、流水、冰川和风等自然力的作用使之运动、迁移和沉积在不同的自然环境中沉积，形成不同的结构与构造，表现出不同的工程性质上的差异。
广泛分布在地壳表面的土，主要特征是分散性、复杂性和易变性。
因其组成是由固体颗粒和孔隙及存在于孔隙中的水和气体的分散俸系，土颗粒之间没有或只有很弱的联结’因而土的强度低且易变形。
由于受不同自然力作用且于不同的环境下沉积，构成土的分布和性质方面的复杂性。
又因为土具有分散性，它的性质极易受到外界温度和湿度的变化而发生变化’表现出多变性。
土的这些特征无疑都将反映到它的物理、化学和力学性质中。
土的分类一般规定土的工程分类（简称“分类”）适用于公路工程用土的鉴别、定名和描述，以便对土的性状作定性评价。
应以土的下列特征作为土的分类依据：(1)土颗粒组成特征。
(2)土的塑性指标：液限(WL)、塑限(Wp)和塑性指数(/P)。
(3)土中有机质存在情况。
本“分类”应按筛分法确定各粒组的含量；按液限塑限联合测定法(T 0118-2007)确定液限和塑限；按其他方法判别有机质存在情况。
土的颗粒应根据下图所列粒组范围划分粒组。
土工试验讲座
土工试验我们普通建筑都是修筑在地球上的，地表陆地上覆盖有几米到几公里的土层，所以绝大多数的建筑物都是修筑于地表土层上，特别是公路。
土做为应用量最大的路基填筑材料被广泛应用，所以土的材料性能试验一直是一个比较重要的试验，如国家和各行业都有相应的国标和行业试验方法，比如国标GB50123，水利SL237，公路JTG E40，铁路TB10102。
感谢监理检测网提供这个机会，我在此与各位同仁就最常见的土工试验项目进行分享。
在路基施工设计、技术规范中，对路基施工填料的性能要求有几个，路基施工技术规范，液塑限不大于50，塑性指数不大于26， CBR，以及压实度要求，相应的试验有液塑限、击实度、CBR、含水率等。
在土使用前，我们应对土进行命名。
在土工试验规程里面，主要以（土的颗粒组成、塑性指标、土中有机质存在情况）进行分类。
本分类将土分为4类（巨粒组≥60mm、粗粒组60~0.075mm、细粒组≤0.075mm、特殊土），大类下又分6个小类（≥200mm漂石、200~60mm 卵石、60~2mm砾、2~0.075mm砂、0.075~0.002mm粉粒、≤0.002mm黏粒），所以必须进行土的颗粒分析。
土的颗粒分析方法有筛分法（适用于粗料组60~0.075mm）、密度计法、移液管法（适用于细粒组≤0.075mm），这个比较简单，就不讲了。
1.液塑限试验，又称界限含水率试验，液塑限主要用于划分土类，计算天然稠度和塑性指数，供公路工程设计和施工使用。
一般国内的常用的试验方法为液限和塑限联合测定法（因为这个试验方法可以同时测出土的液限和塑限），其它如液限碟式仪法（仅测液限）、塑限滚搓法（仅测塑限）、缩限试验（缩限）仅能测一种指标，不如联合测定法方便。
T0118-2007液塑限试验（锥质量为100g或者76g），设备比较简单，有液塑限仪（用来测锥入深度）、盛土杯（盛放土样）、天平（0.01g，用于测含水率）、其它辅助设备（筛、调土刀、调土皿、称量盒、研钵、干燥器、吸管、凡士林等）。
土力学讲课第六章地基土承载力
例题分析
有一条形基础，宽度 b = 3m ，埋深 h = 1m ，地基土内摩擦角 j =30 °，黏聚力 c =20kPa ，天然重度 =18kN/m 3 。试求：
（ a ）地基临塑荷载； （ b ）当极限平衡区最大深度达到 0.3 b 时的均布荷载数值。 解
：
（ a ）计算公式：
（b）临界荷载：
（1）原位测试
（1） 静载荷试验
fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5)
fak :静载荷试验确定的承载力-特征值（标准值） fa ：深宽修正后的承载力特征值（设计值）
（2）承载力公式法：
fa=Mbb+Md md+Mcck fa :承载力特征值（设计值）
——相当与
p1/4=NB /2+Nq d+Ncc
时，有：
化简后，得到：
p
0.3b
=333.8kPa
总结上节课的内容 极限承载力理论界和半理论解 1 Prantl解 假设和滑裂面形状 2 太沙基解，一般解形式 3 极限承载力的影响因素 , c, ，D, B,
pu
B
2
N cNc qNq
B
p 实际地面 D I 45o－/2 III II E F
• 合力= 1， 3 • 设k0 =1.0 • 弹性区的合力：
图6.5 条形均布荷载作用下地基主应力
p D (a)无埋置深度 (b)有埋置深度 1,3 ( 0 sin 0 ) ( D z ) （ 1）
允许地基中有一定的塑性区，作为设计承载力
--考察地基中塑性区的发展
D
D
I区：朗肯主动区
垂直应力pu为大主应力，
土工试验培训(宿静)
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2.1.2结果整理 含水率计算：
w=(m-ms) × 100/ms w ---含水率（%），计算至0.1; m ---湿土质量g； ms ---干土质量g。 2.1.3试验注意要点
（1）对大多数土，通常烘干16～24h足够。
（2）如铝盒烘干后盖紧闭，且试样在称量前放置时 间较短，可不需要放入干燥器内冷却。
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2.2酒精燃烧法
适用于快速简易测定细粒土（含有机质的土除外） 的含水率。
2.2.1试验步骤 （1）取代表试样（黏质土5～10g,砂类土20～30g), 放入称量盒内，称湿土质量，准确至0.01g。 （2）用滴管将酒精注入放有试样的称量盒中，直至 盒中出现自由液面，使试样与酒精充分混合。 （3）点燃酒精，燃至火焰熄灭。冷却数分钟后再重 新燃烧两次。
（3）土样的数量按相应试验项目规定采取。 （4）取土记录和编号：所有取样均应用取样记录登 记薄记录并撕下其中一半作为标签，贴在取土筒上或折 叠后放入取土袋内。
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1.2土样包装和运输
（1）原状土或需要保持天然含水率的扰动土，在 取样后，应立即密封取土筒，标注好土样层位。贴好取 样记录薄上扯下的标签，密封好，以防水分散失。原状 土应保持土样结构不变。
山西省交通规划勘察设计院
主讲人：宿 静
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0综述
土的固体部分是自然界中岩石经物理化学风化后形 成的。包括：原生矿物和次生矿物，其中次生矿物是由 原生矿物发生化学反应后变化而成的，是构成粘土颗粒 的主要成分。由于土的晶格构造不同，一旦与水相互作 用，会影响到塑性、膨胀、收缩、压缩性和抗剪强度等 特性。
土工试验培训课件
密度试验
总结词
详细描述
密度试验是测量土体单位体积的质量，是 土的基本物理性质之一。
密度试验通常采用环刀法进行，将一定量 的土样放入环刀中，然后称量环刀和土样 的总质量，计算出土样的密度。
总结词
详细描述
密度试验是测量土体单位体积的质量，是 土的基本物理性质之一。
密度试验通常采用环刀法进行，将一定量 的土样放入环刀中，然后称量环刀和土样 的总质量，计算出土样的密度。
含水率试验
总结词
含水率试验是测量土体中含水量的比例，是反映土体状态的重要指标。
详细描述
含水率试验通常采用烘干法进行，将一定量的土样放入烘干箱中烘干 至恒重，然后测量烘干前后的质量差，计算出含水率。
总结词
含水率试验是测量土体中含水量的比例，是反映土体状态的重要指标。
详细描述
含水率试验通常采用烘干法进行，将一定量的土样放入烘干箱中烘干 至恒重，然后测量烘干前后的质量差，计算出含水率。
土工试验中的问题与解决 方案
土工试验中的常见问题
试验数据不准确
由于操作不规范、仪器误差等 原因，导致试验数据偏离真实值。
试验效率低下
传统的手动操作方式导致试验 过程繁琐、耗时，影响工作效率。
试验结果分析难度大
大量的试验数据需要人工处理、 分析，工作量大且易出错。
试验过程不规范
缺乏统一的操作规程和标准， 导致试验结果可比性差。
空心圆柱扭剪试验可以测定土的剪切模量、剪切强度和扭剪切应变等参 数，这些参数对于评估土的抗剪强度和稳定性具有重要意义。
空心圆柱扭剪试验的优点在于可以模拟土样的真实受力状态，且对土样 的扰动较小。然而，该试验也存在一些局限性，例如对土样的形状和尺 寸要求较高，且试验结果受土样端部约束的影响较大。
建筑工程管理-铁路工程土工试验讲义 精品
铁路工程土工试验讲义杨德平20XX年6月一、概述本章内容以《铁路工程试验与检测》为准。
1、土的形成土是岩石风化的产物。
物理风化------岩石暴露在大气层内，受风、霜、雨、雪的侵蚀，以及受温度升降变化的影响，裂隙水结冰等原因，使岩石崩解成块。
化学风化-------这些碎块再与水、二氧化碳、氧气接触发生化学作用。
生物风化-------岩石在风化过程中与自然界的生物发生相互作用。
2、土与工程的关系地基-----作为建筑物(桥涵、楼房等)或构筑物(路基等)的地基；填料-----作为土工构筑物(路基、堤坝等)的填料；介质-----作为构筑物(渠道、黄土隧道等)的周围介质。
3、土工试验的重要意义土用于地基，会出现地基的变形和稳定问题；用作填料，存在土的压实和变形问题；用于介质，需考虑土的渗流和抗渗稳定性问题。
研究解决以上问题，涉及到土的物理、力学、化学性能。
要评价土的以上性能，须通过土工试验来获取土的各项性能指标。
尤其在研究不良地基处理方案时，实测的实验指标是优选技术措施的重要依据。
4、对土工试验人员的要求由于土工试验成果因试验方法和试验技巧的熟练程度不同，会有较大的差别，这种差别远大于计算方法引起的误差。
为了使土工试验比较正确地反映实际土的性状，要求试验人员了解和掌握以下五个问题：①.试验的目的和所依据的原理；②.使用的仪器设备性能和操作方法；③.试验应获得哪些数据、分析出什么结论；④.试验中的注意事项、误差的初步分析；⑤.分析试验设计与实际问题的联系概括地说土工试验人员要具备：一有基本理论，二有基础知识，三有基本技能。
6、练习题①.(填空)工程试验工作的依据是( )。
②. (填空)铁路工程土的物理力学性能检测标准(代号)为（）,化学性能检测标准(代号)为( )。
二、土工试验项目本章内容以《铁路工程试验与检测》为准。
土工试验项目应根据土的用途决定：1、室内实验。
①.土的物理性能试验：含水率、密度、颗粒密度、界限含水率、颗粒分析、渗透、击实等、粗粒土的最大干密度等。
土工试验讲义.ppt
（mm）
击 实 筒 内径 筒高 （mm） （mm） 容积 （cm3） 947.4 2103.9
护筒 高度 （mm）
轻型 重型
51 51
2.5 4.5
305 457
102 152
116 116
50 50
击实试验对所用仪器设备的要求： 1、击实仪的击实筒和击锤尺寸应符合上页表中 的尺寸要求。 2、击实仪的击锤应配导筒，击锤与导筒应有足 够的间隙使锤能自由下落；电动操作的击锤必须 有控制落距的跟踪装置和锤击点按一定角度（轻 型53.5°，重型45°）均匀分布装置（重型击实 仪中心点每圈要加一击）。 3、天平：称量200g,最小分度值0.01g。 4、台称：称量10Kg，最小分度值5g。 5、标准筛：孔径为20mm、40mm和5mm。 6、试样推出器：宜用螺旋式千斤顶或液压式千 斤顶，如无此类装置，也可用刮刀和修土刀从击 实筒中取出试样。
还有试样低于筒顶的情况应计算筒的实测体积。
3、用推土器将试样从击实筒中推出，取2个代表性试样测定含水 率（含水率的试验方法见第五标题），2个含水率的差值应不大于1%。 4、对不同含水率的试样依次击实。 试样干密度（ρd ）的计算 公式：ρd= ρ0 ／（1+0.01ωi） 其中： ωi：某点试样的含水率（%） ρ0：试样的湿密度（g/cm3),准确到0.01 g/cm3（
• 压实填土包括分层压实和分层夯实的填土， 当利用压实填土作为建筑工程的地基持力 层时，在平整场地前，应根据结构类型、 填料性能和现场条件等，对拟压实的填土 提出质量要求。 •压实填土的质量以压实系数λ c控制，并 根据结构类型和压实填土所在部位按下表 确定：
土工试验培训(宿静)
土中气体的存在，首先取决于吸附气体的成分。分 为：结合气体、溶解气体、密闭气体、自由气体、
与“水”的斗争，克服其对构造物的侵蚀是我们工 程人员永恒的主题。
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1.1土样的要求
（3）点燃酒精，燃至火焰熄灭。冷却数分钟后再重 新燃烧两次。
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（4）第三次火焰熄灭后，盖好盒盖，立即称干土重。 2.2.2结果整理 同烘干法。 2.2.3试验注意要点 （1）酒精纯度要求95%。 （2）取代表试样时，砂类土数量应多于黏质土。
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（1）采取原状土或者扰动土由工程对象而定。桥梁、 涵洞、隧道、挡土墙、房屋建筑物的天然地基及挖方边 坡、渠道等，应采取原状土样；如为填土路基、堤坝、 取土坑（场）或只要求分类试验，可采取扰动土样。
（2）土样可在试坑、平洞、竖井、天然地面及钻孔 中采取。取原状土样时，必须保持土样的原状结构及天 然含水率，并使土样不受扰动。采取扰动土时，应先清 除表层土，然后分层用四分法取样。
（5）处理余土时应做好环保工作。
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原状土试样的质量等级
级别 Ⅰ
Ⅱ Ⅲ Ⅳ
扰动程度
试验内容
不扰动 土类定名、含水率、密度、 强度、固结试验
轻微扰动 土类定名、含水率、密度
显著扰动 土类定名、含水率
完全扰动
土类定名
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1.4土样和试样的制备
（1）细粒土扰动土样制备
对扰动土样进行描述，如颜色、土类、气味及夹杂物等； 如有需要，充分搅拌，测定含水率。根据试验所需土样数量， 将碾散土样过筛。物理性试验如液限、塑限、缩限等，需过 0.5mm筛；常规水理及力学试验土样，需过2mm筛。
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二、土工合成材料的功能
1．隔离作用
将土工织物置于土、砂石料与地基之问．可把不同粒径的土粒分隔开，以免相互混杂·或发生土粒流失，继而失去各种材料和结构的完整性。
2．防护作用
当比较集中的应力或应变从一种物体传到另一种物体时，土工织物可以在中间起到减轻或分散的作用。
如厚的无纺织物和复合土工膜可起保温作用，防冻害，可减轻车辆的集中荷载对基土的影响．防止路面反射裂缝。
3、滤层作用
把上工织物置于土体表面或相邻土层之间。
土中水分可以通过织物排出。
同时织物可阻止土颗粒流失，以免造成土体失稳(管涌)，而代替砂石．砾石等反滤层
4．排水作用
厚的针刺型无纺布和复合型材料可以在土体中形成排水通道，把上中水分汇集起来，沿着材料平面缓慢地排出土体外。
5．加筋作用
土工合成材料有较高的抗拉强度，埋于土中，可以承受一部分拉应力，限制土体侧向位移，增加稳定性，具有加筋功能。
特别是土工格栅，由于土粒嵌人格栅孔口之内，产生较大的摩擦力，可以提高土体的强度。
6．防渗作用
土工膜和复合型土工合成材料，可以作为各种工程的防渗材料。
土工合成材料用于某一项工程会发挥主次作用。
如公路的碎石基层与地基之间铺放土工织物。
一般说“隔离”是主要的，“滤层”和“加筋”是次要的，“排水”是不甚重要的。
设计者要综合考虑，如选用光滑的土工膜来隔离，则可能引起路基中孔隙水压力升高．造成路基失稳。
在软弱地基上修路“加筋”可能起控制作用。
第二节土工合成材料在路桥工程中的应用
一、土工合成材料用于公路工程中的五种主要作用
1．路堤加筋
(1)土工合成材料应用于路堤加筋，其主要作用在于提高路堤的稳定性。
土工合成材料对路堤的沉降特别是不均匀沉降有一定的减少或调节作用。
(2)土工合成材料加筋路堤对地基的承载力有一定的要求。
一方面是为了保证路堤的稳定，另一方面地基承载力影响着加筋路堤的高度，再一方面是为了控制路堤的沉降。
2．台背路基填土加筋
在桥涵、通道等横穿公路的构造物与构造物台背的路基填土之间，往往因为刚度悬殊而产生阶梯状不均匀沉降，引起“桥头跳车”现象发生。
采用土工合成材料加筋构造物台背的回填土主要是利用土工合成材料与构造物之间的锚固力以及与回填土之间的嵌锁力和界面摩阻力．将结构物与回填土联为一体，以增强其整体性。
减少两者之间的不均匀沉降。
3．过滤与排水
土工合成材料用于过滤和排水多为增强和改善过滤结构和排水结构的过滤排水能力。
土工合成材料可单独或与其他材料配合。
作为过滤体和排水体用于暗沟、渗沟和坡面防护等公路工程结构中。
4．路基防护
路基防护主要包括坡面防护与冲刷防护。
坡面防护用于防护易受自然因素影响而破坏的土质或岩石边坡；冲刷防护用于防护水流对路基的冲刷与淘刷。
(1)坡面防护。
土质边坡防护可采用拉伸网草皮、固定草种布或网格固定撒种。
岩石边坡防护可采用土工网或土工格栅。
沿河路基可采用土工织物软体沉排、土工模袋进行冲刷防护。
(2)冲刷防护。
冲刷防护是保证路基坚固与稳定的重要措施．冲刷防护有两种类型：．一种是直接防护，以加固坡岸为主要措施；另一种为间接防护，以改变水流方向、降低流速、减少冲刷为主要措施。
5．路面裂缝防治
(1)土工合成材料在道路路面工程中的应用主要是减少或延缓反射裂缝的数量，减少沥青路面的车辙，在半刚性基层沥青路面中还可适置当提高(底)基层的疲劳寿命。
(2)土工合成材料放在沥青路面面层上部可减少温度裂缝，放在下部可防止反射裂缝．在(底)基层底部可增加半刚性材料的疲劳寿命。
(3)沥青路面新路施工发现基层已经有裂缝。
为了减少反射裂缝的影响，可以采用土工合成材料进行处理，对于老路补强，为了减少老路反射裂缝。
同样可以采用土工合成材料进行处理。
(4)应用于路面裂缝防治的土工合成材料主要是玻纤网和土工织物。
应用玻纤网从机理上讲，主要是利用材料的抗拉强度和抗拉模量阻止裂缝向路面延伸，因此要求其强度高，延伸率小。
土工织物的抗拉强度一般较小。
其主要起隔离作用，因此一般要求材料有一定的强度。
同时延伸率在一定的范围。
二、土工合成材料在路桥工程中的应用
1、用于道路面层与基层之同的柔性路面结构层
2、用于临时道路
3、用于排水
4、用于植被防护
5、用于护破
6、调节刚度
7、用于软土路基加固处理
8、用于处理膨胀土和湿陷性路
9、治理道路翻浆
10、建造陡坡路基和挡墙
11、超轻质填料筑路堤
三、土工合成材料在工程应用中的注意问题
1、检验注意事项
在应用土工合成材料以前应考虑其性能指标测试问题。
一般分为如下几种。
(1)物理性指标。
单位面积质量、厚度、等效孔径(EOS)及其与压力的关系等。
(2)力学性指标。
拉伸强度、撕裂强度、握持强度、顶破强度、胀破强度、材料与土相互作用摩擦强度等。
(3)水力学指标。
垂直渗透系数(或透水率)、平面渗透系数(或导水率)、梯度比(R)等。
(4)耐久性。
抗老化性、抗化学性等。
第三节土工合成材料的工程特性
一、物理特性
1．厚度
土工合成材料的厚度用mm表示。
厚度的变化对织物的孔隙率、透水性和过滤性等水力特性有很大的影响。
常用的各种土工合成材料的厚度是：土工膜0．25～0．75mm，最厚的可达2～4mm；复合型材料有时采用较薄的土工膜，最薄可达O．1mm；土工格栅的厚度随部位的不同而异，其肋厚一般由0．5mm至几十毫米。
2．单位面积质量
单位面积质量为单位面积土工合成材料具有的质量。
它反映材料多方面的性能，如抗拉强度、顶破强度等力学性能以及孔隙率、渗透性等水力学性能，通常以g／m2表示，是土工合成材料的重要物理性能之一。
土工织物和土工膜单位面积的质量受原料密度的影响，同时受厚度、外加剂和含水量的影响。
常用的土工织物单位面积质量一般在50～1200g／m2的范围内。
二、力学特性
反映土工合成材料力学特性的指标主要有拉伸特性及抗拉强度、撕裂强度、水力学特性、蠕变特性等。
1、拉伸强度及特性
土工合成材料是柔性材料。
大多通过其抗拉强度来承受荷载以发挥工程作用，因此抗拉强度及其应变是土工合成材料的重要特性指标。
土工合成材料的抗拉强度与测定时的式样宽度、形状和约束条件有关。
必须在标准规定的条件下测定。
土工织物在受力过程中厚度是变化的。
不易精确测定，故其受力大小一般以单位宽度所承受的力来表示。
单位为kN／m或N／m，而不是习惯上所用的单位面积的应力来表示。
2、握持强度
土工织物承受集中力的现象普遍存在。
握持强度是反映其分散集中力的能力。
握持强度实验是握持试样两端部分宽度进行的一种拉力试验。
它的强度由两部分组成：一部分为试样被握持宽度的抗拉强度，一部分为相邻纤维提供的附加抗拉强度。
由于试验的难度较大．采用的试佯和夹具的尺寸也不尽相同．因此，测得的结果也相差很多。
一般不易作为设计依据，只可用作不同土工织物的抗拉强度比较。
土工织物握持力一般为0.3～6.0kN。
3、撕裂强度
土工织物和土工膜在铺设和使用过程中．常常会有不同程度的破损。
撕裂强度反映了试样抵抗扩大破损裂口的能力．可评价不同土工织物和土工膜被扩大破损程度的难易，是土工合成材料应用中的重要力学指标。
土工织物梯形撕裂强度一般为0.15～30kN．不加筋土工膜的梯形撕裂强度一般为0.03～0.4kN。
4、蠕变特性
材料蠕变是指材料在受力大小不变条件下．其变形随时间增长而逐渐增大的现象，蠕是土工合成材料的重要特性之一．是材料能否长期使用的关键。
5、耐久性
人工合成材料的耐久性主要指对紫外线辐射、温度变化、化学和生物侵蚀、干湿变化、冻融对机械磨损等外界因豢变化的抵御能力，材料的耐久性主要与聚合物的类型及添加剂相关。