反滤层工作原理

反滤层工作原理

土中的水可以顺畅流过，而土粒却被阻留的现象称为反滤(过滤)。反滤不同于排水，后者的水流是沿表面进行的，而不是穿越反滤层。当土中水从细粒土流向粗粒土，或水流从土内向外流出的逸出处，需要设置反滤措施，否则土粒将受水流作用而被带出土体外，发展下去可能导致土体破坏。水利工程中传统采用的砂砾等天然反滤材料作为反滤层，80年代开始使用一种新型材料土工织物，或称土工布。非织造型土工织物是一种很好的反滤材料，既可挡土又能排水。它可布置在堤坝中所有需要设置过滤层的部位，亦即渗流逸出部位和相邻土层土粒级配大小相差较大的界面。

以往的直观概念都认为土工织物起反滤作用等同于过筛作用，后来的研究却证明土工织物所以发挥反滤功能主要是由于它具有促进天然滤层形成的“催化”作用。另外，当土工织物作为滤层而长期作用时，发现有淤堵现象，从而使其反滤作用减弱或至消失。为此需要弄清淤堵的成因，方能有效地防止淤堵发生。

1.反滤机理：土工织物的反滤作用可以用右图来说明。图中左侧为大孔隙堆石体，右侧为被保护土，二者之间夹有起反滤作用的土工织物。当水流从被保护土自右向左流入堆石体时，部分细土粒将被水流挟带进入堆石体。在被保护土一侧的土工织物表面附近，较粗土粒首先被截留，使透水性增大。同时，这部分较粗粒层将阻止其后面的细土粒继续被水流带走，而且越往后细土粒被流失的可能性越小，于是就在土工织物的右侧形成一个从左

往右颗粒逐渐变细的“天然反滤

层”。该层发挥着保护土体的作

用。可见土工织物的存在只是起

了促成天然反滤层形成的“催化”

作用。

反滤机理示意图

1—排水体；2—土工织物；3—“天然”

反滤层；4—原土体

2.淤堵机理：土工织物中的孔道被堵塞，过水面积减小，渗透性下降的现象称淤堵。形成淤堵的原因可分为机械淤堵、化学淤堵和生物淤堵。一般情况下，机械淤堵为主要形式。机械淤堵是土体中的细颗粒随水流进入土工织物孔隙中，并停留其中，随时间增长，停留的细粒愈来愈多，织物的透水性愈来愈小。化学淤堵是由于渗流水中的各种离子，受化学作用形成不溶于水的化合物，如CaC03、Fe02等，停留于织物孔隙中，减少水流通道从而降低织物的渗透性。生物淤堵是土体或土中水内的藻尖、菌头微生物和有机质在织物孔隙中滋长繁殖，堵塞孔隙所造成。淤堵对织造型和非织造型土工织物有着不同影响。织造型织物孔口通道单一，管状通道间不连通，故孔口或通道内任一处被堵塞，整个通道即不通。针刺非织造土工织物则兼有垂直和水平结构，而且它们之间是相通的，织物孔隙呈迂回树枝状的立体结构，水分进入后即可相互串通，所以即使大部分孔隙被堵塞，仍可保持相当的透水性。

参考资料：《提防除险加固实用技术》《堤防工程土工合成材料应用技术》

《水工建筑物》