土工合成材料及其应用PPT课件
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11 土工合成材料及其应用
11.0 前言
土工合成材料是具有自身独特的优点，在岩土工程 中得到了广泛的应用，但也存在蠕变、老化等问题。
本章内容：土工合成材料的类型和特点、在岩土工 程中的应用、设计和施工重点。
重点阐明：土工合成材料作为反滤、排水、隔离、 加筋、防护和封闭等作用的基本原理。
.
1
11.1 类型和特点 11.1.1 基本类型
.
10
11.1 类型和特点
5 土工膜－土工格栅型复合材料：
由于某些土工膜和土工格栅可用同种原料生产，如高 密度聚乙烯，它们可以粘合在一起形成一个不透水的屏障 ，且其强度和摩擦力都有所提高。
6 土工织物－土工格栅型复合材料：
这些低模量、低强度和高延伸率的土工织物（通常是 无纺织物）可通过用土工格栅做成复合材料而使其弱点得 到克服，共同发挥隔离、反滤和加筋作用。
强度高、耐腐蚀。
土工织物又分为有纺土工织物（woven geotextiles）和
无纺土工织物（nonwoven geotextiles），前者由单丝或多
股丝织成，或由薄膜切成的扁丝编织而成；后者由短纤
维或喷丝长纤维随机铺成絮垫，再经机械缠合（针刺）
或热粘，或化学粘合. 而成。
3
11.1 类型和特点
.
16
11.2 工程应用
号称“岩土工程”领域材料的革命。
1 具体功能： 从50年代开始逐步的投入使用，由 于加工技术和产品种类的发展，其在工程中的应用日益 推广：
⑴ 过滤作用：允许孔隙水排出，但限制土颗， 如塑料排水板代替排水袋装砂井；
⑵ 排水作用：水分的水平向排出，如地下或坝内 排水等；
⑶ 隔离作用：作为一种柔性的分隔体，如铁路路 基中的“两布一膜”施工；
.
11
11.1 类型和特点
.
12
11.1 类型和特点
7 土工格室（geocell）和土工网格（geoweb）：
呈菱形或蜂窝网格状结构的土工合成材料，铺设厚度 为50~200mm,中间空格尺寸大约80~400mm。格中填土、砂、 碎石或混凝土，起侵蚀控制作用，亦可用于加筋地基、加 筋土挡土墙。
.
13
⑵ 界面相互作用：土工合成材料与周围土体之间 的相互作用机理、力的传递过程等较为复杂，缺乏足够 的验证方法。
.
18
11.3 土工合成材料应用设计
1 考虑因素： 应从确保工程质量、安全、经济、 长期使用性能等因素进行综合考虑：
⑷ 土工格栅：分为单向、双向两个大类；
.
2
11.1 类型和特点
⑸ 土工网：由塑料线粘结和编制而成，具有一定
的柔性和张拉性能；
⑹ 土工塑料排水带：由挤压或压制并具有一定的
孔隙可以排水；
2 土工织物（Geotextiles）：土工织物是采用编织技
术生产的透水性土工合成材料，成布状，故俗称土工布
。主要特点是重量轻、整体连续性好、施工简便、抗拉
上百家生产企业。
.
9
11.1 类型和特点
4 土工网：土工网是由连续的聚合物肋条以一定角度 的连续网孔平行挤出而成。较大的孔径使其形成了象网一 样的结构，同时能承受一定的法向压力不显著减小孔径。 其设计功能主要应用在排水领域，即需要输导各种液体的 地方。在土中需和外包无纺织物反滤层构成土工复合材料 使用，也起到加筋作用。
2 物理特性： ⑴ 厚度：随种类、功能的不同而变化； ⑵ 单位面积重量：多按照每平米的质量来予以考 虑； ⑶ 开孔尺寸：即等效直径。
.
15
11.1 类型和特点
3 力学特性： ⑴ 抗拉强度及刚度：注意随受力情况而变化，本 身为柔性材料； ⑵ 渗透性：按照垂直和水平方向予以区分考虑， 体现对土体的防渗、或者渗流特性的问题； ⑶ 剪切摩擦机理：土工合成材料与周围土体之间 通过剪切摩擦进行力的传递作用，相互之间的摩擦能力 大小与土的颗粒大小、形状、密实度、级配和土工合成 材料的种类、孔径以及厚度等因素有关； ⑷ 其它因素：蠕变、撕裂、顶破强度、穿透强度 、握持抗拉强度等； ⑸ 抗老化能力：日晒、温度、环境腐蚀等因素。
⑷ 加筋作用：改变土体内应力、应变分布，提高 土体强度和稳定性，主要为土工格栅；
.
17
11.2 工程应用
⑸ 防护作用：保护坡面、坝面在自然及人为因素 下的冲刷、侵蚀；
⑹ 封闭作用：防止水分、气体的逸出；如沟渠的 防渗等处理。
2 应用中问题：理论研究滞后于工程，且缺乏长期 的实践检验。
⑴ 长期特性：延伸性大、有明显的蠕变和应力松 弛现象，因而其性能易随时间、环境因素而变化；
隔 离、 加 筋
有纺织物
.
无纺织物
4
11.1 类型和特点
. 有纺织物
5
11.1 类型和特点
无纺织物
.
6
11.1 类型和特点
3 土工格栅（geogrids）：土工格栅是一种以高密度聚 乙烯或聚丙烯塑料（包括玻璃纤维）为原料加工形成的开 口的、类似格栅状的产品，具有较大的网孔。塑料土工格 栅可以在一个方向或两个方向上进行拉伸取向以提高力学 性能。
另一种更灵活的、织物状的土工格栅采用的是聚酯纤 维，这导致了在编织机上制造聚脂格栅的发展，产品称为 经编（knitted）格栅。在这种工艺中，众多的纤维在一起 形成了纵向和横向肋条，上面涂有一些保护材料，如PVC， 乳胶或沥青。
.
7
11.1 类型和特点
单向塑料格栅
双向塑料格栅
经编土工格栅
.
8
自1982年英国netlon 公司的拉伸塑料土工格栅 生产以来，加筋土技术得 到长足发展。目前国内有
11.1 类型和特点
8 土工条带（geostrips）：
该产品用高强度的合成材料或玻璃纤维作抗拉筋材， 外面裹以塑料套，一般在套的表面具有防滑花纹，增大与 土的摩擦力。土工条带多用于加筋土挡墙。
.
14
11.1 类型和特点
11.1.2 主要特点
1 主要特性：质地柔软而重量轻、整体连续性好、 抗拉强度高、耐腐蚀性和抗微生物侵蚀性好、反滤性( 土工织物)和防渗性(土工膜)好，施工简便。
1 土工合成材料概况（Geosynthetics)： 是指应用 于岩土工程和土木工程中各类合成材料的总称，主要材 料为聚丙烯、聚乙烯、聚酯等，可进行如下分类：
⑴ 土工织物：有纺型、无纺型、编织型、组合型 土工纤维；
⑵ 土工膜：在各种塑料、橡胶或土工纤维上喷涂 防水材料而制成的各种不透水膜；
⑶ 土工垫：由粗硬的纤维压制粘结而成，并具有 一定的厚度；
11.0 前言
土工合成材料是具有自身独特的优点，在岩土工程 中得到了广泛的应用，但也存在蠕变、老化等问题。
本章内容：土工合成材料的类型和特点、在岩土工 程中的应用、设计和施工重点。
重点阐明：土工合成材料作为反滤、排水、隔离、 加筋、防护和封闭等作用的基本原理。
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11.1 类型和特点 11.1.1 基本类型
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11.1 类型和特点
5 土工膜－土工格栅型复合材料：
由于某些土工膜和土工格栅可用同种原料生产，如高 密度聚乙烯，它们可以粘合在一起形成一个不透水的屏障 ，且其强度和摩擦力都有所提高。
6 土工织物－土工格栅型复合材料：
这些低模量、低强度和高延伸率的土工织物（通常是 无纺织物）可通过用土工格栅做成复合材料而使其弱点得 到克服，共同发挥隔离、反滤和加筋作用。
强度高、耐腐蚀。
土工织物又分为有纺土工织物（woven geotextiles）和
无纺土工织物（nonwoven geotextiles），前者由单丝或多
股丝织成，或由薄膜切成的扁丝编织而成；后者由短纤
维或喷丝长纤维随机铺成絮垫，再经机械缠合（针刺）
或热粘，或化学粘合. 而成。
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11.1 类型和特点
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11.2 工程应用
号称“岩土工程”领域材料的革命。
1 具体功能： 从50年代开始逐步的投入使用，由 于加工技术和产品种类的发展，其在工程中的应用日益 推广：
⑴ 过滤作用：允许孔隙水排出，但限制土颗， 如塑料排水板代替排水袋装砂井；
⑵ 排水作用：水分的水平向排出，如地下或坝内 排水等；
⑶ 隔离作用：作为一种柔性的分隔体，如铁路路 基中的“两布一膜”施工；
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11.1 类型和特点
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11.1 类型和特点
7 土工格室（geocell）和土工网格（geoweb）：
呈菱形或蜂窝网格状结构的土工合成材料，铺设厚度 为50~200mm,中间空格尺寸大约80~400mm。格中填土、砂、 碎石或混凝土，起侵蚀控制作用，亦可用于加筋地基、加 筋土挡土墙。
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⑵ 界面相互作用：土工合成材料与周围土体之间 的相互作用机理、力的传递过程等较为复杂，缺乏足够 的验证方法。
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18
11.3 土工合成材料应用设计
1 考虑因素： 应从确保工程质量、安全、经济、 长期使用性能等因素进行综合考虑：
⑷ 土工格栅：分为单向、双向两个大类；
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11.1 类型和特点
⑸ 土工网：由塑料线粘结和编制而成，具有一定
的柔性和张拉性能；
⑹ 土工塑料排水带：由挤压或压制并具有一定的
孔隙可以排水；
2 土工织物（Geotextiles）：土工织物是采用编织技
术生产的透水性土工合成材料，成布状，故俗称土工布
。主要特点是重量轻、整体连续性好、施工简便、抗拉
上百家生产企业。
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11.1 类型和特点
4 土工网：土工网是由连续的聚合物肋条以一定角度 的连续网孔平行挤出而成。较大的孔径使其形成了象网一 样的结构，同时能承受一定的法向压力不显著减小孔径。 其设计功能主要应用在排水领域，即需要输导各种液体的 地方。在土中需和外包无纺织物反滤层构成土工复合材料 使用，也起到加筋作用。
2 物理特性： ⑴ 厚度：随种类、功能的不同而变化； ⑵ 单位面积重量：多按照每平米的质量来予以考 虑； ⑶ 开孔尺寸：即等效直径。
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11.1 类型和特点
3 力学特性： ⑴ 抗拉强度及刚度：注意随受力情况而变化，本 身为柔性材料； ⑵ 渗透性：按照垂直和水平方向予以区分考虑， 体现对土体的防渗、或者渗流特性的问题； ⑶ 剪切摩擦机理：土工合成材料与周围土体之间 通过剪切摩擦进行力的传递作用，相互之间的摩擦能力 大小与土的颗粒大小、形状、密实度、级配和土工合成 材料的种类、孔径以及厚度等因素有关； ⑷ 其它因素：蠕变、撕裂、顶破强度、穿透强度 、握持抗拉强度等； ⑸ 抗老化能力：日晒、温度、环境腐蚀等因素。
⑷ 加筋作用：改变土体内应力、应变分布，提高 土体强度和稳定性，主要为土工格栅；
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11.2 工程应用
⑸ 防护作用：保护坡面、坝面在自然及人为因素 下的冲刷、侵蚀；
⑹ 封闭作用：防止水分、气体的逸出；如沟渠的 防渗等处理。
2 应用中问题：理论研究滞后于工程，且缺乏长期 的实践检验。
⑴ 长期特性：延伸性大、有明显的蠕变和应力松 弛现象，因而其性能易随时间、环境因素而变化；
隔 离、 加 筋
有纺织物
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无纺织物
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11.1 类型和特点
. 有纺织物
5
11.1 类型和特点
无纺织物
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11.1 类型和特点
3 土工格栅（geogrids）：土工格栅是一种以高密度聚 乙烯或聚丙烯塑料（包括玻璃纤维）为原料加工形成的开 口的、类似格栅状的产品，具有较大的网孔。塑料土工格 栅可以在一个方向或两个方向上进行拉伸取向以提高力学 性能。
另一种更灵活的、织物状的土工格栅采用的是聚酯纤 维，这导致了在编织机上制造聚脂格栅的发展，产品称为 经编（knitted）格栅。在这种工艺中，众多的纤维在一起 形成了纵向和横向肋条，上面涂有一些保护材料，如PVC， 乳胶或沥青。
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11.1 类型和特点
单向塑料格栅
双向塑料格栅
经编土工格栅
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自1982年英国netlon 公司的拉伸塑料土工格栅 生产以来，加筋土技术得 到长足发展。目前国内有
11.1 类型和特点
8 土工条带（geostrips）：
该产品用高强度的合成材料或玻璃纤维作抗拉筋材， 外面裹以塑料套，一般在套的表面具有防滑花纹，增大与 土的摩擦力。土工条带多用于加筋土挡墙。
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11.1 类型和特点
11.1.2 主要特点
1 主要特性：质地柔软而重量轻、整体连续性好、 抗拉强度高、耐腐蚀性和抗微生物侵蚀性好、反滤性( 土工织物)和防渗性(土工膜)好，施工简便。
1 土工合成材料概况（Geosynthetics)： 是指应用 于岩土工程和土木工程中各类合成材料的总称，主要材 料为聚丙烯、聚乙烯、聚酯等，可进行如下分类：
⑴ 土工织物：有纺型、无纺型、编织型、组合型 土工纤维；
⑵ 土工膜：在各种塑料、橡胶或土工纤维上喷涂 防水材料而制成的各种不透水膜；
⑶ 土工垫：由粗硬的纤维压制粘结而成，并具有 一定的厚度；