土工聚合物详解

第7章土工聚合物

7.1 土工织物

土工聚合物是土工合成纤维制品的总称。它包括：土工织物、土工纤维、建筑纤维、土工格栅等，按其制造方法可大致分为：

纺织型织物；

无纺型纤维制品、编织品、组合型纤维制品、土工网、土工垫、土工格栅；土工薄膜和复合组合材料。

其中土工织物又称土工纤维是土工聚合物中应用较广的一种。

土工聚合物的特点：质地柔软、重量轻、整体连接性好、抗拉强度高，耐腐蚀性和抗微生物侵蚀性。

无纺型的土工聚合物当量直径小，是一种极好的反滤材料。

土工聚合物具有较长的使用寿命，如埋在地下，可达30年以上。

土工聚合物具有加筋、排水、反滤和隔离等作用。

主要用于堤坝、路基、挡土墙、水工构筑物、海岸、河岸等工程，近年来, 常用于大型油罐等地基的加固工中，土工聚合物的主要用途见下表。

下面以土工织物为主，介绍土工聚合物的应用和作用原理。

7.1.1 土工织物加固的作用原理

（1）反滤作用

容许水流畅通，同时阻止土粒的移动，从而防止土体的流失和管涌。

（2）排水作用

某些内部具有排水通道（如盲沟、塑料排水板）的土工纤维具有良好的三维透水性，使水能沿土工织物内部的排水通道迅速排出。

（3）隔离作用

禾I」用土工织物的高抗拉、抗撕裂性，良好的韧性、整体性和耐酸碱性，耐生物侵蚀性，将渗透性大于土工织物的两种材料相互隔开，以发挥各自的作用。无

水流作用时，还可米用不透水溥膜隔离。

（4）加固作用

主要体现在水平加筋上。

7.1.2 土工织物的加固设计

土工织物的加固设计理论，至今仍处于探索阶段，还没有完善的设计方法和标准，因此，必须依靠以往的实践经验进行分析判断，通过精心施工，再辅以理论分析，保证加固工程的顺利实施并取得预期的效果。

1.反滤层的设计原则

目前较为普遍使用的土工织物反滤层设计标准主要有以下三种：

（1）按符合一定标准和级配的砂砾构成的传统反滤层的标准，使土工织物滤层满足以下三个要求：

防止管涌D15f ::: 5D85b

保证透水性D

15f ：：

5D

保证均匀性D

50f

：:：

25D

（对级配不良的滤层）

或D

50f

：：

（对于级配均匀的滤

层）

f 表示滤层土；b 表示被保护土；

D15 f——颗粒粒径分布曲线上百分数P为15%时的颗粒粒径，mm; D85b 颗粒粒径分布曲线上P为85%时的颗粒粒径，mm。

（2）根据“等效薄膜”概念，由Terzagi古典设计理论推导的土工织物的孔径尺寸的要求。

对于非粘性土：

防止管涌O e <1 D85b

渗流畅通O e 1D15b

保证均匀O e：：：2.3D50b （非编织型）;O e 1.4D50b （编织型）

对于粘性土：O e: 0.08mm

O e为土工织物的等效粒径，指对土工织物起控制作用的孔径，对编织型土

工织物滤层（孔眼比较均匀），一般取090

（3）美国陆军工程师兵团标准（1977）

防止管涌EOS D85b （适用于D<0.074mm颗粒含量<50%

防止堵塞EOS _ 0.149mm

EOS为土工织物的等效粒径，相当于098或O95

2.土工织物复合垫层的设计方法

（1）N ishigata-Yamaoka 法

假设土工织物复合地基在极限荷载作用下发生沉降、侧移和隆起，其应力条件如图5-1所示，则土工织物加筋复合地基的极限承载力：

P u =C u N c2Q v/B i q v N q （2P p 2Q h）si n / B S ma N q

图7-1 土工织物复合土层应力条件

将图7-1所示应力条件简化为图7-2所示应力条件，上述极限承载力公式可简化为：

r n T N1

p u = cN c 2T sin -

R

其中第一项为地基的极限承载力；第二项为地基在荷载下沉降使土工织物产生的拉力效应；第三项为土工聚合物阻止隆起而产生的平衡镇压作用效应。

(2) Binq uet-Lee 承载力计算法

Binquet 和Lee 通过模型试验，发现水平复合地基的破坏，不仅与水平加筋 体的数量、埋置长度和性能有关，而且同最浅层加筋体到基底埋深有关。 不同加 筋体埋深与加筋体数量的复合地基破坏模式如 图7-3所示。

当H/B >2/3时，且加筋层的刚度足够大使剪切区不能穿越，地基将发生 图 7-3 (a)破坏，地基承载力可按下式计算：

P u 二 BN r /2 DN q

当H/B <2/3时，要求设计荷载下加筋体满足:

l

「sy I sf /

式中T D ――加筋体在受的拉力设计值；

R Y ――加筋体极限抗拉强度； F sy ――加筋体抗拉安全系数，取1.5； T f ――加筋体极限抗拔强度;

F sf ――加筋体抗拔安全系数，取1.5。

R y F ：NR t f y

T f ⑵=2叫咗沁田+叫"+ "

3. 土工织物加固堤坝的稳定性分析方法

通常加固设计时，先按常规极限平衡方法找出未加筋状态下临界滑动圆弧 面和相应的最小安全系数，然后再加入土工织物的加筋因素。

荷兰法：假定土工织物在与滑弧相切处形成一个与滑弧相适应的扭曲， 此时

其中:

T D

（Z ,N ）・J B B ：H q ° 十