土工合成材料应用范文

关键字：复合土工材料；水利工程；应用

Abstract:Thecompositegeotextilematerialisageneraltermforsyntheticmaterialsforcivilengineeringapplications.Asacivilengineeringmaterial,whichisbasedonsyntheticpolymers(suchasplastic,chemicalfiber,syntheticrubber,etc.)asrawmaterial,made​​ofvarioustypesofproducts,placedwithinthesoilandsurface,tostrengthenorprotectthesoil.Becauseofitsfiltration,drainage,seepage,andscourprotectionandsoilreinforcedreinforcement,soilisolationeffectsarewidelyusedinwaterconservancyKeywords:compositegeotextilematerial;waterconservancyprojects;application

中图分类号：F407.9文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）02-

土工合成材料是应用于岩土工程，以高分子聚合物合成材料制成的各种产品的统称。因其具有反滤，排水、防渗、防冲和土加筋加固、土层隔离等作用，而被广泛用于水利工程。

一、复合土工材料的含义

复合土工材料是土木工程应用的合成材料的总称。作为一种土木工程材料，它是以人工合成的聚合物（如塑料、化纤、合成橡胶等）为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各种土体之间，发挥加强或保护土体的作用。《土工合成材料应用技术规范》将土工合成材料分为土工织物、土工膜、土工特种材料和土工复合材料等类型。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。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。

二、复合土工材料的分类

应用到水利工程中的土工合成材料主要有土工织物、土工膜，土工特种材料和土工复合材料4大类。

1、土工织物

土工织物是将合成纤维以不同方法制成透水性的土工合成材料，按制造方法不同，可分为织造型和非织造型土工织物。织造型土工织物又分编织、平织和针织，它们是由单丝或多丝织成的，或者由薄膜形成的扁丝编织成的布状卷材；非织造型土工织物由短纤维或喷丝长纤维按随机排列制成絮垫，经机械缠合(针刺)或热粘或化学粘合而成的布状卷材(即无纺布)。

2、土工膜

土工膜是20世纪70年代出现的，它是由聚合物或沥青制成的一种相对不透水卷材。取用聚合物需要在工厂采用吹塑，压延或涂敷法制造；用沥青则可在现场或厂内以喷涂或浸渍法形成。

3、土工特种材料土工特种材料包括土工格栅、土工带、土工格室、土工网、土工石笼、土工管，土工模袋、三维网垫、EPS等，均由聚合物按需要分别以不同加工方法制成。

4、土工复合材料

土工复合材料包括复合土工膜和复合防排水材料，均由两种或两种以上土工合成制品复合或组合而成，如复合土工膜由土工膜与土工织物经加热滚压而成，主要是为了增加材料的强度。承受更大的荷载，复合防排水材料由排水带、排水管、排水防水材料等组成，

三、工程作用及其应用

1、加筋作用

加筋作用是指在土体中的一定部位埋设水平方向的土工合成材料，也称加筋材料，将土体压实后，土与加筋材料密切结合成一复合土体(加筋土)，当在复合土体表面施加荷载时，由于加筋材与周围土之间有较大的摩阻力(有时尚有咬合力)，限制了土的侧向变形，相当于在土体侧面上施加了约束力，从而提高了土体的承载能力，增加了土体的稳定性。这种作用在水利工程中能够稳定、限制各种结构中的岩土体在长时间使用过程中的位移发生，并能使作用在土壤的局部应力传递或分配到更大的面积上，增加土体和土工布之间的摩擦阻力。

一般地，土工织物，塑料拉伸土工格栅、经编土工格栅、玻纤土工格栅和土工网可以作为水利工程中的加筋材料。土工合成材料加筋效应主要有：筋材的抗拉作用、筋土界面相互作用和应力扩散作用等，而在多层加筋的情况下，应分别考虑筋土界面的摩擦作用(即各层筋土界面作用对填料产生侧向约束作用)和最下一层筋土界面作用产生整理的界面剪应力对其下面土体产生的附加水平约束作用(提高土体的稳定性和承载力)。

2、防渗作用

防渗是防止流体渗透流失的作用，也包括防止气体的挥发扩散。水利工程中要修建大量的挡水蓄水、引水和输水等建筑物，均有防渗、防漏的要求。利用土工合成材料中的弱透水材料可防止液体渗漏、气体挥发以保护环境或建筑物安全。用于防渗的土工合成材料主要有土工膜和复合土工膜，后者应用更为广泛，更能适应各种复杂工程的情况。

3、防护作用

防护是指为了消减自然现象、环境影响和人类活动对堤坡和岸坡造成的危害，而采取适当的防护措施，土工合成材料的发展，为岸坡防护提供了新的途径。在被保护的土面上覆一层有良好反滤性能的土工织物，压上一定盖重，即可有效地保护岸坡不受水流和波浪等的破坏，可代替传统的护坡材料。

4、隔离作用

土工布可将不同的土质结构进行分离，形成稳定的分界面，使各层结构分离，按照要求发挥各自的特性和整体作用，以避免相互混杂产生不良效果。在土石混合坝中，可作为隔离不同的筑坝材料。在裂隙发育的岩基或卵石地基修筑土石坝，可用作坝体与地基之间的隔离。

5、反滤作用

在水工建筑物中，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，需要设置反滤层，否则土粒将受水流作用而被带出土体外，土粒过量流失会造成管涌和流土破坏。传统采用砂砾粒作为反滤材料，一般采用粒径不同的砂砾石分2-3层铺设，施工工艺较复杂。土工织物的过滤功能和传统的颗粒层完全相同，工程上可以取而代之。它可在地下水渗流作用下，既防止土颗粒过量流失而造成破坏，同时又使水流顺利排泄，以免由于孔隙水压力升高而造成土体失稳。

6、排水作用

土工合成材料应用范文

关键词：土工合成材料；加固；软土地基；应用

中图分类号：TU441文献标识码：A

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。土工合成材料的原材料是高分子聚合物，他们是由煤、石油、天然气或石灰石中提炼出来的化学物质制成，再进一步加工成纤维或合成材料片材，最后制成各种产品。制成土工合成材料的聚合物主要由聚乙烯（PE）、聚酯（PER）、聚酰胺（PA）、聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）等。目前被广泛应用与软土地基处理中。

1土工合成材料的种类

土工合成材料分为以下四大类：土工织物、土工膜、土工复合材料和土工特种材料。

1.1土工织物

是一种透水性材料。根据制造工艺不同，可分为有纺型土工织物、编织型土工织物、无纺型土工织物。

1.2土工膜

是一种基本不透水的材料。根据原材料不同，可分为聚合物和沥青两大类。为满足不同强度和变形需要，又有不加筋和加筋的区分。

1.3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想相结合，以满足工程的特定需要。常见的种类有复合土工膜、塑料排水带、软式排水管等。

1.4土工特种材料

是为工程特定需要而生产的产品，品种多，常见的种类有土工格栅、土工网、土工格室等。

2土工合成材料的性能

表征土工合成材料的性能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。

2.1物理性能指标

物理性能的主要指标有单位面积质量、厚度、孔隙率。单位面积质量通常是指土工织物每平方米的质量。厚度是指土工织物在2kPa法向压力下，其顶面与底面之间的距离。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。

2.2力学性能指标

力学性能的主要指标有抗压强度、断裂时延伸率、撕裂强度、穿透强度、握持抗拉强度、顶破强苏、疲劳强度、徐变性、聚合物与土体间摩擦系数等。其中抗拉强度是主要指标。

2.3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，是反滤和排水功能中的重要指标。

2.4土工合成材料与土相互作用性能指标

土工合成材料与土相互作用性能指标包括土―织物界面摩擦系数、土―织物渗透特性。

2.5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。

3作用机理

土工织物在加固软土地基中具有反滤、排水、防护、加筋、隔离等功能。

3.1反滤。土工织物具有细小的孔隙通道，将其置于土体表面或相邻土层之间，水可通过织物，而土粒被阻挡住，从而避免土粒过量流失而造成的土体破坏及由于孔隙水压力升高而造成的土体失稳。

3.2排水。有些土工织物可在土体中形成排水通道，把土体的水分汇集起来，沿着材料的平面排出土体外。较厚的针刺无纺土工布和一些具有较多孔隙的复合土工布都可以起排水作用。目前在港口工程中已广泛使用。

3.3防护。用土工织物填充袋筑堤、用土工网石笼护坡棱体、用土工织物软体排护坡、固滩等可起到防护作用。

3.4加筋。所谓加筋，即讲土工织物按照一定的方式埋入土中，使土工织物与土之间良好地结合，可扩散土体应力，传递拉应力，增强土体与筋材之间的摩擦力并限制土体侧向位移，增加土体的抗剪强度，从而提高土体及有关建筑物的稳定性。

4土工合成材料在加固软土地基中的应用

土工合成材料加固软土地基，有两种作用：一是起加筋补偿作用，提高软土地基的承载力。二是起排水固结作用，加速软土地基排水固结。地基加筋补强宜选用强度较高、延伸率较小的机织土工织物或土工栅格；加速地基排水固结宜选用塑料排水带或袋装砂井。

4.1加筋补强作用

机织土工织物或土工栅格对软土的加筋补强作用主要体现在水平加筋上。复合地基中，机织土工织物或土工栅格主要处于受拉状态下，在产生拉伸应力的同时，对土体产生了一个类似于侧向约束压力的作用，使得复合土体具有较高的抗剪强度和变形模量。也就是说由于机织土工织物或土工栅格有较高的强度和韧性等力学特性，且能紧贴于地基表面，使其上部施加的荷载能均匀分布在地层中。当地基可能产生剪切破坏时，铺设的机织土工织物或栅格将阻止破坏面的出现，从而提高地基承载力。当受到集中荷载作用时，在较大的荷载作用下，高弹性模量的土工织物受力后将产生一部分垂直分力，抵消部分荷载。

4.2排水固结作用

塑料排水带或袋装砂井内部具有排水通道间，具有良好的三维透水性，能使水沿内部的排水通道迅速流出，还可使水经过它们的平面迅速沿水平方向排走。构成水平排水层土工织物与其它排水材料（塑料排水板）共同构成的排水系统，可加速软土地基的排水固结，提高地基承载力等。

5设计检算

5.1稳定性验算

根据软土层分布情况不同，稳定性验算分为：深层圆弧滑动破坏、浅层平面滑动破坏和路堤整体滑动破坏。

5.1.1深层圆弧滑动破坏

深层圆弧滑动破坏：当软土层较厚，土坡失稳可能是沿某一圆弧面滑动的，深层抗滑稳定一般采用传统的圆弧条分法检算。

注意：在采用一层以上加筋材料时，每二层间应铺一定厚度的透水材料。

5.1.2浅层平面滑动破坏

当软土层较薄，其下为硬层，则上述滑动圆弧不易切入下卧硬层，因而可能产生浅层的平面滑动。浅层滑动可能有三种形式：一是土坡的一部分沿加筋材的顶面滑动；二是土坡的一部分连同部分软土沿下卧硬层的顶面滑动；三是加筋材底面与下卧顶面间的部分软土被挤出。三种形式中给出最小安全系数的一种是最可能发生滑动的情况。平面滑动验算采用一般的极限平衡法求取安全系数，这里不再赘述。

5.1.3路堤整体滑动破坏

路堤整体滑动破坏的情况就是滑动圆弧在土工织物铺设范围以外产生滑动。此时就是在稳定性验算中没有土工织物的拉力P产生的稳定力矩。

注意：计算中应保证加筋材料不被拉断，才能发挥加筋的作用。并且根据经验，要求加筋材顶面的摩阻力的大小不能超过加筋材料在下列应变时的抗拉力。

5.2复合地基承载力计算

土工合成材料应用范文篇3

【关键词】土工合成材料；公路工程；作用

近几年来，随着我国公路里程的持续增加和改扩建工程的增多，越来越多的土工合成材料用于新旧路基填筑。土工合成材料（Geosynthetics）开始大量用于岩土工程是近三十年发展起来的一项新技术。土工合成材料是一种以塑料、化学纤维、合成橡胶等原材人工合成的聚合物，具有强度高、成本低、质量轻和实用性强的优点，主要有加筋、排水、防渗、过滤等功能。目前，具有代表性的土工合成材料有土工格栅（Geogrid）、土工网（Geonets）、土工膜（Geomembrane）和及其组合产品。土工合成材料在岩土工程的应用极大地推动了路基填筑技术的发展。

1土工合成材料的种类

土工合成材料根据功能和工艺的不同，总体上可以分为4类，即土工织物、土工膜、土工复合材料和土工特种材料。土工织物可分为四种类型：有纺土工织物、无纺土工织物、针织土工织物和复合土工织物。土工膜主要由透水性低的材料制成，具有较强的防水性、耐久性和抗变形性，厚度一般在0.25～4mm之间。土工复合材料是将两种或两种以上的材料相互结合起来的一种材料，将不同性质的材料组合起来，可以更好的满足工程的实际需要。土工特种材料主要包括土工格栅、土工网、土工膜袋、土工垫、土工格室等。

2土工合成材料的作用

土工合成材料一般具有多种功能，在实际应用中根据工程的具体情况往往只有一种功能起主导作用，其他作用则在一定程度上发挥作用。土工合成材料在工程中有多种作用，总体上可以分为以下六种。

2.1排水作用

土工合成材料（如土工织物）具有多孔隙的性质，可以将土体中的水分汇集并排出。有的针织型无纺织物或复合型土工材料可以沿平面方向和垂直其平面方向排水。这种土工织物本身具有的排水通道可以把土体中的水分缓慢排出。在填筑路基时，可以铺设厚的无纺织物垫层，可起到固结排水的作用，防止翻浆。同时，在挡土墙、隧道灯构造物中，多采用土工织物作为排水设施。

2.2过滤作用

由土工织物做成的过滤层可以起到代替砂石、砂砾的作用，具有造价低、施工简单，质量容易得到保证的优点。有纺织物和无纺织物都可以起到过滤的作用，防止土颗粒的流失，但在过滤要求不高时通常采用无纺织物作为过滤层。

2.3隔离作用

在岩土工程中，为防止不同层之间的颗粒发生相互混杂，造成污染，通常将土工合成材料铺设在不用粒料层之间，起到隔离作用。如在软基路段，在铺设碎石层之前，在路基上铺设一层土工织物，可以有效的防止层间相互倾入和控制不均匀沉降。

2.4加筋作用

土工合成材料（如有纺织物、土工格栅和土工网等）一般具有较强的抗拉强度，埋在土中形成土―土工合成材料复合体，可承受一部分拉应力，限制土体侧向位移，从而增强土体的稳定性。其中，土工格栅具有较强的抗拉强度和张拉模量，同时因土颗粒可以嵌入格栅的孔洞之中，产生较大的摩阻力，是一种比较理想的加筋材料。

2.5防护作用

土工合成材料不仅可以扩散集中应力，还可以将应力由一种物体传递到另一物体，使应力分解，防止土体破坏，起到防护作用。如较厚的无纺织物和复合材料可以减缓和防止路面反射裂缝的发展。

2.6防渗作用

土工材料中如土工膜，因具有良好的防渗功能，可以与无纺土工布形成复合材料，其中，土工膜可以起到防水，防渗的作用，而土工布可以起到导流的作用。

目前公路工程中使用较多的土工复合材料有以下几种，各类土工材料主要作用如表1所示。

表1不同土工材料的主要功能

3土工合成材料在公路中的应用范围

土工合成材料和以土工合成材料为基材制成的材料，因其优良的力学性能、耐腐蚀性、耐久性能和良好的抗变形性能，从而广泛的用于路基路面加固工程，软基处理和边坡防护工程。

（1）在道路改扩建工程中的应用；为了保持新老路基衔接处出现不均匀沉降，从而导致纵向裂缝的产生，采用土工格栅等作为加筋材料的应用可以有效的防止不均匀沉降的发生。

（2）在路面工程中的应用；在柔性路面中，采用土工合成材料，可以增强基层或底基层的整体强度。同时，在旧路路面进行罩面处理时，可以有效防止和减缓路面反射裂缝的发展。

（3）在软件处理中的应用；软基因其承载力低，如果在其上面直接修筑构造物或路基，容易导致沉降的发生。但如果在软基处理时，采用土工合成材料加固，则可以迅速提高地基承载力，减少沉降量，缩短工期。

4结语

目前，土工合成材料在公路工程中的应用越来越广泛，具有广阔的应用前景。但土工合成材料还有很多性质和功能并没有完全得到应用，我们需要从实际工程中进行进一步的探讨。

【参考文献】

[1]叶飞.公路隧道工程建设质量管理研究[D].长安大学，2004.

[2]王永东.公路隧道运营安全技术研究[D].长安大学，2007.