土工合成材料性能指标的分类

土工合成材料性能指标的分类

土工合成材料被广泛应用于水利和岩土工程的各个领域。不同的工程对材料有不同的功能要求，并因此而选择不同类型和不同品种的土工合成材料。为使土工合成材料在施工期和运用期能正常工作，必须有合理的设计方法和使用规范，统一的设计指标，并通过实验验证。土工合成材料的指标一般可分为物理性能指标、力学性能指标、水力性能指标、土工合成材料与土相互作用指标及耐久性指标等。下面逐一加以简单介绍。

(一) 物理性能指标

1.单位面积质量

单位面积质量，系1平方米土工织物的质量，称为土工织物的基本质量，单位为g/m2。它是土工织物的一个重要指标。对于任何一种系列产品来说，土工织物的单价与单位面积质量大致成正比，其力学强度随质量增大而提高。因此，在选用产品时单位面积质量是必须考虑的技术和经济指标。

2.厚度

指土工织物在2kPa法向压力下，其顶面与底面之间的距离，单位为mm。土工织物厚度随所作用的法向压力而变，规定2kPa压力表示土工织物在自然状态无压条件下的厚度。由图1-12可见不同类型土工织物的压缩量差别很大，其中针刺非织造土工织物的压缩量最大。因此，当考虑非织造土工织物水力特性时，必须注意到上覆压力变化使水力特性变化的特点。

3．孔隙率

定义为非织造土工织物所含孔隙体积与总体积之比，以百分数(％)表示。该指标不直接测定，由单位面积质量、密度和厚度计算得到。

土工织物常用原材料的密度为：聚丙烯0.91g/m3，聚乙烯0.94～0.96g/m3，聚酯1.22～1.38g/m3，聚酰胺1.05～1.14g/m3，聚乙烯醇1.26～1.32g/m3，聚氯乙烯1.39g/m3。

孔隙率与厚度有关，所以孔隙率也随压力增大而变小。

有时织造和非织造土工织物的孔径和渗透系数很接近，但不能认为两者水力性能相似。非织物土工织物的孔隙率远大于织造土工织物，因此其具有更好的反滤和排水性能。

(二) 力学性能指标

针对土工织物在设计和施工中所受荷载性质不同，其力学强度指标分为下列几种：抗拉强度、握持强度、撕裂强度、胀破强度、 CBR 顶破强度、圆球顶破强度、刺破强度等。在前3项试验中，试样为单向受力，其纵向和横向强度需分别测定；而后4项试验中，试样为圆形，承受轴对称荷载，纵横双向同时受力。在上述众多力学指标中，最基本的是抗拉强度。

1.抗拉强度和延伸率

抗拉强度也称为条带法抗拉强度，为单向拉伸。纵向和横向抗拉强度表示土工织物在纵向和横向单位宽度范围能承受的外部拉力，单位为kN/m。对应抗拉强度的应变为土工织物的延伸率，用百分数(％)表示。抗拉强度是力学性能中的重要指标。在各种功能的应用中对抗拉强度都有一定的要求。当用于加筋和隔离功能时，抗拉强度是主要的设计指标，而在排水和反滤功能的工程中，抗拉强度虽不是主要指标，但由于铺设过程中会受到扯拉、顶压、撕破等各种施工荷载，运用过程中也可能因建筑物变形而受拉，所以对强度也有一定要求。

2.握持强度

握持强度表示土工织物抵抗外来集中荷载的能力，试验时仅1/3试样宽度被夹持，进行快速拉伸。土工织物对集中荷载的扩散范围越大，

则握持强度越高，单位为N。

3.撕裂强度

撕裂强度表示沿土工织物某一裂口将裂口逐步扩大过程中的最大拉力，单位为N。

4.胀破强度、 CBR顶破强度、圆球顶破强度、刺破强度

这四个强度的试验都表示土工织物抵抗外部冲击荷载的能力，其共同特点是试样为圆形，用环形夹具将试样夹住；其差别是试样尺寸、加荷方式不同，各试验示意图见图1-13。不同顶杆尺寸模拟不同顶压物，如块石、树枝等。胀破强度单位为kPa，其他3项强度单位为N。此外，落锥强度也属此类，其试样尺寸与CBR相同，试验时一个重1kg的圆锥自50cm高处自由落下，测定试样被刺破的孔洞尺寸，单位为mm，该试验重复性较差。

除抗拉强度外，其他各力学强度指标直接用于设计的情况还不多见，它们主要是做为参考指标，根据工程实际情况，便于对产品进行比较和选择。

（三）水力性能指标

水力性能指标主要为等效孔径和渗透系数，是土工织物两个很重要的特性指标。由于土工织物是与土共同工作的，对织物的基本要求是既能保土又能排水，这就要求土工织物的孔径很小(能挡住土)而排水又很通畅，两者看来是有矛盾的，而土的多变性更增大了问题的复杂性。某一土工织物对这种土是合适的，而对另一种土未必也是合适的。目前常用保土准则和透水准则来选择土工织物的等效孔径和渗透系数，即将土工织物的等效孔径和土的特征粒径建立关系式，同时将织物的渗透系数与土的渗透系数建立关系式，以求达到既保土又排水的目的。保土准则和透水准则由实验得到。由于实验时控制的条件不同，得到的准则也有差异。可按具体情况选择准则，有条件进行模拟实验则更好。鉴于目前仍以保土和透水作用做为选择土工织物反滤层的准则，因此等效孔径和渗透系数两个水力特性指标是反滤和排水功能中的重要指标。

1.等效孔径(表现孔径)

以土工织物为筛布，用某一平均粒径的玻璃珠或石英砂进行振筛，取通过土工织物的过筛率(通过织物的颗粒质量与颗粒总投放量之比)为5％(留筛率为95％)所对应的粒径为织物的等效孔径O95，表示该土工织物的最大有效孔径，单位为mm。用同样的步骤，则相应得到O85、 O50和Ol5的孔径值。土工织物的孔径分布曲线形状与土的颗

粒分布曲线相似。

2.垂直渗透系数和透水率

垂直渗透系数为水力梯度等于l时，水流垂直通过土工织物的渗透速率，单位为cm/s。透水率为水位差等于1时的渗透速率，单位为1/s

3.水平渗透系数和导水率

水平渗透系数为水力梯度等于1时水流沿土工织物平面的渗透速率，单位为cm/s。导水率为沿土工织物单位宽度内的输水能力，单位为cm2/s。

(四) 土工织物与土相互作用性能指标

1.土—织物界面摩擦系数

埋在土中的土工织物，通过土—织物界面摩擦力将外荷传递至土工织物，使土工织物承受拉力，形成加筋土。工程实例有加筋土挡墙、堤基加筋垫层等。按试验方法可分为直剪摩擦系数和拉拔摩擦系数。

2.土织物渗透特性