土工合成材料课件2

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。可按下式计算

孔隙率可按下式计算： np=1-（M/ρ·δ） 式中：np为孔隙率，％；M为单位面积 质量，g/m2；ρ为原材料密度，g/m3；δ为厚 度，m。
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。
《土工合成材料应用技术规范》（ GB50290 ） 将土工合成材料分为土工织物、土工膜、土工复 合材料和土工特种材料等类型。土工复合材料是 由上述各种材料复合而成，如复合土工膜、复合 土工织物、复合土工布、复合防排水材料（排水 带、排水管）等。土工特种材料包括土工膜袋、 土工网、土工网垫、土工格室、土工织物膨润土 垫、聚苯乙烯泡沫塑料（ＥＰＳ）等。
3、土工复合材料(geocomposite)

土工复合材料是两种或两种以上的土工 合成材料组合在一起的制品。这类制品 将各组合料的特性相结合，以满足工程 的特定需要。不同的工程有不同的综合 功能要求，故土工复合材料的品种繁多， 可以说土工复合材料是当前和今后一段 时期发展的大方向。
图5 塑料排水带断面示意图（单位：mm） （a）城垛式；（b）口琴式 （c）乳头式
图6
软式排水管构造示意图
图7
复合排水材料
4、土工特种材料

土木特殊材料是为工程特定需要而生产的产品，品 种多。
图8 土工格栅
图9 加筋带焊成的土工格栅
图10
土工格室
1、GB 50290-1998 土工合成材料应用技术规范 2、GB/T 13760-2009 土工合成材料 取样和试样准备 3、GB/T 13761.1-2009 土工合成材料 规定压力下厚度测定 第1部分： 单层产品厚度的测定方法 4、GB/T 13762-2009 土工合成材料 土工布及土工布有关产品单位面积 质量的测定方法 5、GB/T 13763-1992 土工布梯形法撕破强力试验方法 6、GB/T 14799-2005 土工布及其有关产品 有效孔径的测定 干筛法 7、GB/T 14800-1993 土工布顶破强力试验方法 8、GBT 15788-2005 土工布及其有关产品 宽条拉伸试验 9、GBT 15789-2005 土工布及其有关产品_无负荷时垂直渗透特性的测 定 10、GBT 16989-1997 土工布接头接缝宽条拉伸试验方法 11、GB/T 17630-1998 土工布及其有关产品 动态穿孔试验 落锥法 12、GB/T 17631-1998 土工布及其有关产品 抗氧化性能的试验方法 13、GB/T 17632-1998 土工布及其有关产品 抗酸、碱液性能的试验方 法 14、其他



（3）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。

（2）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、撕裂强度、顶破强度、刺 破强度等。在上述众多力学指标中，最基本的是抗拉强度。 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。
（1）物理性能指标

1）单位面积质量 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。 3）孔隙率
（8）GB/T 17635.1-1998 土工布及其有关产品 摩擦特性的测定 第1部 分 直接剪切
3、水力性能试验 （1）GB/T 17633-1998 土工布及其有关产品 （2）GB/T 15789-2005 土工布及其有关产品 测定 （3）GB/T 14799-2005 土工布及其有关产品 （4）GB/T 17634-1998 土工布及其有关产品
（5）耐久性能指标

耐久性能指标主要有耐磨、抗紫外线、抗生 物、抗化学、抗大气环境等多种指标。大多 没有可遵循的规范、规程。一般按工程要求 进行专门研究或参考已有工程经验来选取。
（四）常见性能测试方法
1、物理性能试验 （1）GB/T 13761.1-2009 土工合成材料 规定压力下厚度的测定 第1部 分：单层产品厚度的测定方法 （2）G/BT 13762-2009 土工合成材料 土工布及土工布有关产品单位面 积质量的测定方法 （3）GB/T 4667-1995 机织物幅宽的测定 2、机械性能试验 （1）GB/T 15788-2005 土工布及其有关产品 宽条拉伸试验 （2）GB/T 16989-1997 土工布 接头/接缝宽条拉伸试验方法 （3）GB/T 13763-1992 土工布梯形法撕破强力试验方法 （4）GB/T 17630-1998 土工布及其有关产品 动态穿孔试验 落锥法 （5）GB/T 19978-2005 土工布及其有关产品刺破强力的测定 （6）GB/T 14800-1993 土工布顶破强力试验方法 （7）GB/T 17637-1998 土工布及其有关产品 拉伸蠕变和拉伸蠕变断裂 性能的测定

撕裂强度 逐步扩大过程中的最大拉力，单位为N。 顶破强度、刺破强度 这两个强度的试验都表示土工织物抵抗外 部冲击荷载的能力，强度单位为N。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。 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。物是一种透水性材料，按制造方法不同。可 进一步划分为下图所示的各种类型。
织造（有纺）
土工织物
{
非织造（无纺） 编织
{
{
单丝
多丝
裂膜 热粘合
化学粘和 机械粘和（针刺）
图1
土工织物的经纬丝
图2 圆丝和扁丝织成的织物
图3 斜纹土工织物
2、土工膜(geomembrane)
平面内水流量的测定 无负荷时垂直渗透特性的
有效孔径的测定 干筛法 有效孔径的测定 湿筛法
4、耐久性能试验 （1）GB/T 17631-1998 土工布及其有关产品 抗氧化性能的试验方法 （2）GB/T 17632-1998 土工布及其有关产品 抗酸、碱液性能的试验方 法（3）GBT 17636-1998 土工布及其有关产品 抗磨损性能的测定 砂布/ 滑块法



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 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。
（4）土工织物与土相互作用性能指标



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。 土 织物渗透特性 —织物联合应用时，如何使土工织物能长期 保持良好的保土及排水性能，不发生淤堵，目前还 没有满意的理论准则。为判断织物是否会发生淤堵， 可进行长期淤堵试验或梯度比试验，前者试验历时 达500～1000h，后者需测试24h或更长。两种试验都 还存在一些问题，有待积累经验逐步改进。
土工合成材料
（一）土工合成材料简介
什么是土工合成材料，概括而言，土工合成材料是应用 于岩土工程的、以合成材料为原材料制成的各种产品的统 称。因为它们主要用于岩土工程，故冠以“土工”两字， 称为“土工合成材料”，以区别于天然材料。 土工合成材料在早期曾被称为“土工织 物”(geotextile)和“土工膜”(geomembrane)。随着工程需 要，这类材料不断有新的品种出现，例如土工格栅、土工 网和土工模袋等，原来的名称已不能准确地涵盖全部产品， 这样，在其后的一段时期内，把它们称之为“土工织物、 土工膜和相关产品(related product)”。显然，这样的名称不 宜作为一种技术名词或学术名词。为此，1994年在新加坡 召开的第五届国际土工合成材料学术会议上，正式确定这 类材料的名称为“土工合成材料”(geosynthetics)。