土工合成材料的工程特性及主要功能

土工合成材料的工程特性及主要功能
摘要：本文从土工合成材料发展和分类出发，详细阐述了土工合成材料的工程特性，结合土工合成材料在实际工程建设中的应用，总结了土工合成材料的主要六大功能，发现土工合成材料在实际工程建设中应用前景广泛。

关键词：土工合成材料；工程特性；主要功能
1.土工合成材料的发展
土工合成材料是以天然或人工合成的高分子聚合物为原料制成的一种新型工程材料。

最早应用于美国，是通过在棉机织物上铺上沥青，应用于公路建设中。

20世纪60年代初，一些国家开始采用有纺土工织物作为防渗材料，但是，由于有纺土工织物的强度具有较强的方向性，同时造价成本过高，没有得到广泛应用[1]。

60年代末期，欧洲出现了机织土工织物，主要应用于护岸防冲刷等工程中，这极大的促进了土工合成材料的应用和发展。

80年代初，随着科学技术的进步以及应用市场的大量需求，土工合成材料发展迅速，在今后的工程建设中广泛应用，并逐步向全球范围内普及。

相比于发达国家，我国土工合成材料的生产与应用起步较晚，从20世纪80年代开始，经过30余年发展，我国土工合成材料已经完全具备独立研发和制造工艺[2]。

随着我国土工合成材料生产工艺的突飞猛进，生产成本的迅速下降，土工合成材料凭借其优良特性，开始在岩土工程领域广泛应用。

常见的土工合成材料主要有：土工织物（无纺土工织物、有纺土工织物）、土工膜、土工格栅、土工网、复合型土工合成材料等。

2.土工合成材料的工程特性
土工合成材料的工程特性包括物理特性、力学特性、水力学特性以及耐久性等内容[3]。

2.1土工合成材料的物理特性
土工合成材料的物理特性指标主要有：单位面积质量、厚度、空隙率等。

其中单位面积质量为单位面积土工合成材料具有的质量，它反映了材料多方面的性能。

单位面积质量反映了土工合成材料的均匀程度、抗拉强度、顶破强度等力学性能和孔隙率、渗透系数等水学性能，通常以表示，是土工合成材料物理性质的重要指标之一。

土工膜和土工织物单位面积的质量受原材料密度的影响，同时受厚度、外加剂和含水量的影响。

土工合成材料的厚度用mm表示，厚度的变化对土工织物的孔隙率、透水性和过滤性等力学特性有很大的影响。

孔隙率是指非织造土工织物所含空隙体积与总体积之比，该指标不能直接测定，需由单位面积质量、密度、厚度计算得到。

孔隙率与厚度有关，因此孔隙率随压力增大而而变小。

2.2土工合成材料的力学特性
土工合成材料的力学特性指标主要有：拉伸特性、握持强度、撕裂强度、顶破强度、刺破强度以及蠕变特性等。

其中，最基本的力学指标是抗拉强度。

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，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试时的试样宽度、形状有关，因此必须按照标准进行测定。

握持强度是反应土工合成材料分散集中力的能力。

握持强度由两部分组成，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。

土工合成材料在铺设和使用的过程中，常常会有不同程度的破环。

撕裂强度是反映土工
合成材料抵抗扩大破损裂口的能力，可以评价不同土工织物和土工膜被扩大破损程度的难易。

顶破强度和刺破强度则是表示土工合成材料抵抗外部冲击荷载的能力。

2.3土工合成材料的水力学特性
土工合成材料的水力学特性指标主要有等效孔径和渗透系数，这两水力学特性指标是反
滤和排水功能的重要指标。

水力学特性主要包含两方面：一是透水与导水能力，二是阻止颗
粒流失的能力。

2.4土工合成材料的耐久性
土工合成材料的耐久性是指其物理和化学性能的稳定性，是土工合成材料能否应用于永
久性工程的关键。

土工合成材料的耐久性可以包括多方面的内容，是指对紫外线、温度和湿
度变化、化学侵蚀、生物侵蚀和冻融变化等外界因素的抗御能力，及由此带来的力学性能的
变化。

3.土工合成材料的主要功能
土工合成材料应用非常广泛，常常置于土体内部、表层或各层土体之间，用于加强、保
护土体作用或其他结构功能。

总的来说，土工合成材料主要涉及隔离、加固、过滤、排水、
防护、防渗六大功能，每种土工合成材料往往具有多重功能，其主要功能如下：
3.1隔离功能
隔离功能是指通过在两种不同性质的材料中间放置土工合成材料，以维持或增强两种材
料各自的整体性和功能作用。

隔离所用的土工合成材料需要具有足够的抗拉强度，以维持自
身的连续和完整性，不至于被刺破和发生撕裂。

土工织物和土工膜都可以起到隔离作用，而
表面粗糙且有良好渗透性的土工织物用作隔离效果更好。

土工织物可以把两种不同粒径的填
料与其他结构分隔开来，从而保持材料和结构各自的完整性，或避免发生土质流失现象。

这
种功能用于公路路基与地基之间、土石混合坝、石笼及沙袋与软土地基之间的隔离等。

3.2加固功能
加固功能是指土工合成材料铺设在土体内部可以承担土体应力，增大土体的模量，传递
拉应力，限制土体侧向位移，提高土体的稳定性，以达到加固效果。

在土木工程中，这种加
固作用又被称为加筋。

应用土工织物、土工膜、土工网及一些特种或复合型土工合成材料均
具有加固功能。

土工合成材料的加固主要应用于垂直的挡土墙和桥台、陡坡工程、治理滑坡
工程、软土地基上的填土工程。

3.3过滤功能
过滤功能是指将土工合成材料置于土体表面或相邻土层之间，有效阻止颗粒的通过，从
而防止由于土颗粒流失而造成土体的破坏。

同时允许土中的水和气体自由排出，以免由于孔
隙水压力升高而造成土体失稳。

由于编织土工织物可以按照不同工程需求编织成不同强度，
不同等效孔径的产品，因此编织土工织物常用于过滤作用。

其主要应用在公路、铁路等交通
设施，水利工程以及海绵城市建设等领域。

3.4排水功能
通过在土体中铺设土工合成材料形成排水通道，把土中的水分汇集起来，并沿着材料的
平面排出，增强土体的水稳定性和抗冻性。

土工合成材料可单独或与其他材料配合，作为过
滤体、排水体用于暗沟、渗沟、坡面防护、支档结构壁墙后排水，软基路堤地基表面排水垫
层等。

较厚的针刺无纺织物和具有多孔隙的复合型土工合成材料、土工膜可以起到排水功能，其用作排水材料时常与排水芯、土工管道等其他材料结合使用。

土工合成材料排水功能主要
用于道路路基、挡土墙排水，水利工程中的土石坝排水以及城市排水等。

3.5保护功能
一些土工合成材料可以将集中的应力扩散开，防止土体等因外力作用而受到破坏。

许多
土工合成材料均可对土体起到防护作用，特别是河水、雨水等对路基的冲刷。

土质边坡防护
可使用拉伸网草皮、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。

沿河路基可使用土工织布软体沉排、土工膜袋进行冲刷防护。

3.6防渗功能
土工合成材料的防渗功能主要体现为防止水或者有害液体等的泄漏。

最常用的防渗土工
合成材料是土工膜。

其主要用于水利工程中的堤坝和水库防渗，以及蓄水池、游泳池、污水池、垃圾填埋场等的防渗防漏。

4.总结
土工合成材料在我国的发展十分迅速，目前，其在公路、铁路、建筑、水利、海港、机场、环保等各个工程领域均有广泛应用。

土工合成材料具有优良的工程特性和六大主要功能，因此，土工合成材料在工程建设中具有广泛的应用前景。

参考文献：
[1] 张毅.土工合成材料在内河航道整治工程中的应用[J].科技创新与应用,2020(12):163-164.
[2]周大纲,张鹏程,谢胜利.我国土工合成材料行业的现状分析及发展对策(2020年)[J].塑料
助剂,2020(03):6-9.
[3]胡庆红,吴伟民.土工合成材料在建设工程中的应用[J].浙江水利水电专科学校学
报,2000(02):33-34+59.。