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一方面，同一類(lèi)土工合成材料在不同的工程應(yīng)用中可以發(fā)揮不同的功能；另一方面，在某些情況下，一種土工合成材料可以同時(shí)發(fā)揮雙重或多重功能。如鋪設(shè)在軟基和路堤之間的土工織物，其主要功能是隔離，但同時(shí)可以發(fā)揮加筋和排水的作用。對(duì)于像土工織物、土工復(fù)合材料這些具有多種功能的材料，在實(shí)際工程中，需分析特定的工況環(huán)境和所選用土工合成材料的特點(diǎn)，判斷其發(fā)揮的基本功能或主要作用。表1列出了各類(lèi)土工合成材料的種類(lèi)與功能。@

表1 土工合成材料的種類(lèi)與功能

四. 土工合成材料的性質(zhì)

1. 物理性質(zhì)

（1）厚度

有些土工合成材料如無(wú)紡織物和一些復(fù)合材料，受壓時(shí)厚度變化很大，因此需在規(guī)定的壓力（一般為2kPa ）下測(cè)定其厚度。有時(shí)，根據(jù)工程需要還應(yīng)測(cè)試在20kPa 、200kPa 壓力下的厚度。

（2）單位面積質(zhì)量

是指單位面積土工合成材料具有的質(zhì)量，它反映材料多方面的性能，如拉伸強(qiáng)度、頂破強(qiáng)度等力學(xué)性能，以及孔隙率、滲透性等水力學(xué)性能。

（3）開(kāi)口面積百分率

織物開(kāi)口面積與織物總面積的百分比稱(chēng)為開(kāi)口面積百分率。這一指標(biāo)用于有紡織物。

2. 力學(xué)性質(zhì)

（1）拉伸強(qiáng)度

土工合成材料是柔性材料，大多通過(guò)其拉伸強(qiáng)度來(lái)承受荷載，因此拉伸強(qiáng)度及其應(yīng)變是土工合成材料主要的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。

（2）撕裂強(qiáng)度

撕裂強(qiáng)度反映了土工織物或土工膜試樣抵抗擴(kuò)大破損的能力，可評(píng)估不同土工織物和土工膜被擴(kuò)大破損的難易程度，是土工合成材料應(yīng)用中的重要力學(xué)指標(biāo)。

（3）頂破強(qiáng)度

頂破強(qiáng)度是反映土工織物（或土工膜）抵抗垂直織物平面的法向壓力的能

力，頂破強(qiáng)度與刺破強(qiáng)度相比，壓力作用面積相對(duì)較大，材料呈雙向受力狀態(tài)。

（4）刺破強(qiáng)度

刺破強(qiáng)度是反映土工織物或土工膜抵抗為了評(píng)價(jià)土工織物或土工膜抵御穿透的能力，通常要進(jìn)行落錐穿透試驗(yàn)，它是模擬工程中具有尖角的石塊或其他銳利物掉落在土工織物或土工膜上的情況的一種試驗(yàn)。@

（6）握持強(qiáng)度

握持強(qiáng)度反映土工織物分散集中力的能力。

（7）蠕變性質(zhì)

材料的蠕變是指材料在恒力的作用下，變形隨時(shí)間增長(zhǎng)而逐漸增大的現(xiàn)象。蠕變的大小取決于原材料的性質(zhì)和生產(chǎn)工藝

3. 水力學(xué)性質(zhì)

（1）土工織物的孔隙率

土工織物的孔隙率是指其孔隙體積與總體積的比值，以n （%）表示，它是無(wú)紡織物的主要物理性質(zhì)之一。

（2）土工織物的孔徑

土工織物具有各種形狀和大小不同的孔徑，其孔徑大小的分布曲線類(lèi)似于土的顆粒級(jí)配曲線�？椢锏目讖椒从晨椢锏耐杆阅芘c保持土顆粒的能力，是一個(gè)重要的特征指標(biāo)。

（3）滲透性

1）土工織物的滲透性

土工織物的滲透性是過(guò)濾標(biāo)準(zhǔn)及其他有關(guān)水力學(xué)設(shè)計(jì)中一項(xiàng)不可缺少的重要指標(biāo)。根據(jù)工程應(yīng)用的需要，常要確定垂直于織物平面的滲透性（簡(jiǎn)稱(chēng)垂直滲透性）和平行于織物平面的滲透性（簡(jiǎn)稱(chēng)平行滲透性）@

垂直滲透性：當(dāng)水流方向垂直于織物平面時(shí)，其透水性主要用垂直透水系數(shù)表示，該系數(shù)是滲流的水力梯度等于1時(shí)的滲流流速。

平行滲透性：土工織物在平行織物平面方向輸導(dǎo)水流的性能可用平行滲透系數(shù)或?qū)时硎�。這是土工織物排水設(shè)計(jì)中的重要指標(biāo)之一。

2）土工膜的抗?jié)B性

土工膜可以阻擋水、水汽、氣體及有害物質(zhì)（如甲醇、重工和二甲苯等）的滲透。水利工程中主要用土工膜擋水，其滲流的動(dòng)力為土工膜兩側(cè)的水頭差。在環(huán)境工程中，常用以阻擋水汽、氣體以及含有害物質(zhì)的地下水。對(duì)于氣體產(chǎn)生滲流的動(dòng)力為膜兩側(cè)的水汽壓差。對(duì)混合氣體和液體中的溶解物質(zhì)來(lái)說(shuō)，其各自成分及在膜兩側(cè)的濃度差決定其滲流情況。

（4）抗淤堵性能

土工織物用作濾層時(shí)，水從土中流過(guò)織物，在流動(dòng)過(guò)程中使土顆粒積聚在織物表面的孔口上，堵塞水流通道進(jìn)口，這種現(xiàn)象稱(chēng)為阻塞。細(xì)顆粒沉積在孔隙內(nèi)部，逐漸減小通道的有效過(guò)水面積，降低排水效率，這種現(xiàn)象稱(chēng)為淤堵。阻塞一般發(fā)生在滲流開(kāi)始階段，而淤堵隨時(shí)間增長(zhǎng)而加重。@

4. 耐久性

（1）抗老化性能

老化現(xiàn)象的產(chǎn)生主要是因?yàn)楦叻肿泳酆衔锞哂墟湽?jié)結(jié)構(gòu)，受外界因素的影響，易發(fā)生降解反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)。陽(yáng)光輻射是使材料老化的一個(gè)重要因素，紫

外線具有很大的能量，能夠切斷許多聚合物的分子鏈，或者引起發(fā)光氧化反應(yīng)。

（2）抗化學(xué)腐蝕性能

聚合物對(duì)化學(xué)腐蝕一般具有較高的抵抗能力，但一些特殊的化學(xué)藥劑或廢品，對(duì)聚合物有腐蝕作用。因而利用土工膜做污水或廢物存儲(chǔ)池的防滲材料時(shí)，必須考慮其化學(xué)穩(wěn)定性。

（3）溫度、凍融及干濕度變化對(duì)合成材料性能的影響

在高溫條件下，合成材料將發(fā)生熔融現(xiàn)象，其熔點(diǎn)：聚丙烯為175°C ，聚乙烯為135°C ，聚酯和聚酰胺為250°C 。有時(shí)溫度雖未達(dá)到熔點(diǎn)但較高，聚合

物分子結(jié)構(gòu)也可能發(fā)生變化，影響材料的彈性模量和強(qiáng)度。有些聚合物在特別低的溫度下，也使柔性降低、質(zhì)地變脆，影響其力學(xué)性質(zhì)，給施工及接縫造成困難。此外，干濕度和凍融變化可能使一部分空氣或冰屑存于織物內(nèi)部，影響滲透性。@

5. 界面摩擦性質(zhì)

土工合成材料作為加筋材料，埋在土體內(nèi)或作為濾層鋪在土坡上，都將與周?chē)馏w構(gòu)成復(fù)雜體系。兩種材料在外荷及自重作用下產(chǎn)生變形時(shí)，將沿其界面發(fā)生相互作用。由土工合成材料在工程應(yīng)用中可能發(fā)生的位移分析可知，土

與土工合成材料兩者相互作用的形式為沿界面的相互摩擦或材料從土中被拔出。

五. 土工合成材料的應(yīng)用

1. 在水利工程中的應(yīng)用

水利工程是土工合成材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一，水工結(jié)構(gòu)（大壩和渠道等）與水相互作用，而水是自然環(huán)境中最具破壞力的因素之一。土工合成材料的使用可以減弱或調(diào)節(jié)水工結(jié)構(gòu)物與水之間的相互作用，增加水工結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)其使用壽命。

土工合成材料在水利工程中主要由以下用途：

（1）大壩與渠道防滲。利用土工膜減小或阻止水的滲透。

（2）河道與渠道防護(hù)。用土工膜減緩或阻止流水的侵蝕。

（3）大壩與大堤的排水與反濾。應(yīng)用土工織物或土工網(wǎng)提供堤壩的排水路徑，土工織物的過(guò)濾作用可阻止土顆粒的流失。

（4）江河大堤的加筋。應(yīng)用土工柵格對(duì)大堤本身或?qū)ζ浠A(chǔ)進(jìn)行加固。@

土工膜幾乎不透水，經(jīng)常被用在大壩的迎水面上以形成水力屏障。除了新建大壩采用土工膜防滲外，外貼土工膜是滲漏嚴(yán)重的舊混凝土大壩除險(xiǎn)加固的的有效手段。土工膜可直接暴露在外，也可采用諸如混凝土板覆蓋進(jìn)行防護(hù)。裸露型的土工膜會(huì)因紫外線引起的降解作用而縮短壽命，但用裸露土工膜修復(fù)要比設(shè)置覆蓋型土工膜容易得多。被覆蓋的土工膜容易損壞，比如被堅(jiān)硬材料刺穿。為了預(yù)防土工膜的刺穿，可在其下方（需要時(shí)包括上方）鋪設(shè)一層土工織物作為緩沖襯墊。土工膜的滲漏主要發(fā)生在存在缺陷的接縫處和被刺穿的孔洞處，因此必須通過(guò)嚴(yán)格的施工質(zhì)量控制措施以減少施工缺陷，并通過(guò)施工質(zhì)量檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)缺陷并及時(shí)補(bǔ)修。

為了保護(hù)水工結(jié)構(gòu)物，經(jīng)常在土工膜后設(shè)置土工網(wǎng)或土工織物-土工網(wǎng)組成的排水系統(tǒng)進(jìn)行排水，滲漏的水被收集儲(chǔ)存并通過(guò)設(shè)置在大壩中或大壩后的導(dǎo)管排到水庫(kù)中。

2. 在垃圾填埋場(chǎng)中的應(yīng)用

土工合成材料廣泛的應(yīng)用于垃圾填埋場(chǎng)的基層和封蓋的設(shè)計(jì)與建設(shè)中，所采用的材料類(lèi)型及其應(yīng)用包括以下方面：

（1）土工格柵，可以用來(lái)增強(qiáng)垃圾體下部邊坡的穩(wěn)定性，以及在封蓋系統(tǒng)中對(duì)土工膜上部的土壤層加筋。

（2）土工網(wǎng)，作為襯里系統(tǒng)中滲濾液收集層的排水體或封蓋系統(tǒng)中的排水層。

（3）土工膜，作為阻滯滲濾液和填埋氣的屏障，以防止有害物質(zhì)的擴(kuò)散。

（4）GCLs ，常用于填埋場(chǎng)襯里系統(tǒng)，與土工膜一起構(gòu)成復(fù)合襯里或雙層襯里，起到阻斷滲透或水力聯(lián)系的屏障作用。

（5）土工織物，常置于滲濾液收集層上側(cè)，起過(guò)濾作用，或置于土工膜上面作為緩沖墊，以防止土工膜被穿刺。

（6）土工管，在填埋場(chǎng)中用以加速滲濾液的收集和排除。

（7）土工復(fù)合材料，用于隔離、過(guò)濾或排水，如由土工織物和土工網(wǎng)構(gòu)成的復(fù)合排水層。@

3. 在鐵路路基工程中的應(yīng)用

土工合成材料在鐵路新建軌道或已有軌道修繕工程中可以起到隔離作用、過(guò)濾作用、排水作用和土體加筋作用。（1）隔離

在軌道支撐結(jié)構(gòu)體系中，土工合成材料（一般是土工織物）在不同顆粒大小及不同特性的材料層間起隔離作用。列車(chē)通行過(guò)程中會(huì)引起枕木的運(yùn)動(dòng)，結(jié)果地基中的細(xì)小顆粒就可能會(huì)形成翻漿冒泥，吸入上部碎石層，從而導(dǎo)致碎石層承載力降低和排水能力減小；土工合成材料的使用還能減少道砟粗顆粒刺入軟土地基，因此，能夠保持碎石層的厚度和完整性，并延長(zhǎng)軌道的使用壽命。

（2）加筋

布置在軟弱地基上的土工合成材料（土工織物、土工格柵和土工格室）可避免置換軟土地層，通過(guò)土工合成材料均勻分布上部荷載，可有效地提高地基的承載力。設(shè)置在上道砟層或下道砟層內(nèi)部加筋材料，通過(guò)限制道砟層的側(cè)向變形，有助于減少軌道的沉降。

（3）過(guò)濾

火車(chē)在軌道上穿行會(huì)引起地基內(nèi)應(yīng)力水平上升，致使攜帶細(xì)土顆粒的水流從地基涌入上部碎石層，造成碎石層排水不暢。為避免這種情況的發(fā)生，可在碎石層與地基土之間設(shè)置土工織物濾層，允許水自由通過(guò)的同時(shí)，把水中細(xì)土顆粒攔截下來(lái)。

（4）排水

為了防止降水或地下水涌入碎石層對(duì)軌道產(chǎn)生的破壞，良好的通水能力對(duì)軌道系統(tǒng)是非常重要的�？蓪�(fù)合排水帶設(shè)置在軌道結(jié)構(gòu)體系的合適位置，以形成軌道橫向排水系統(tǒng)，阻止軌道體系內(nèi)水的聚集。@

4. 在防護(hù)方面的應(yīng)用

土壤侵蝕是一種由于水力和風(fēng)力作用所引起的自然過(guò)程，其影響因素眾多，如土類(lèi)、植被和地貌等，在特定條件下人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)也會(huì)加速這一過(guò)程。如果

這種侵蝕作用得不到相應(yīng)的治理，對(duì)現(xiàn)有的建筑物和環(huán)境可能造成巨大的破壞。

在土壤侵蝕控制方面，土工合成材料可以應(yīng)用的領(lǐng)域包括坡面保護(hù)、輸水水渠防護(hù)、海岸線防護(hù)、灘涂圍墾、植被恢復(fù)、落石防護(hù)網(wǎng)及防洪堤壩建設(shè)等。根據(jù)工程特點(diǎn)和場(chǎng)地條件，侵蝕控制工程中可能會(huì)涉及一種或多種土工合成材料產(chǎn)品，諸如土工織物、土工墊、土工網(wǎng)、土工格柵等。

在坡面防護(hù)工程中，除了用一些土工合成材料，如土工墊、土工織物外，有時(shí)需要用土釘，甚至用巖石錨桿來(lái)保證防護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定。在有些情況下，也會(huì)采用充填灰漿的土工織物袋來(lái)固定護(hù)面，并在防護(hù)結(jié)構(gòu)空隙中播散草籽，培育植被，來(lái)防止水土的流失。@

5. 在軟土地基上加筋堤中的應(yīng)用

在軟土地基上修建路堤是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的工作，而采用土工合成材料（一般采用有紡?fù)凉た椢锘蛲凉じ駯牛﹣?lái)提高路堤穩(wěn)定性被證明是富有成效的土體加固技術(shù)之一。通過(guò)在路堤墊層采用土工合成材料加筋，可以有效解決軟土地基上路堤的以下問(wèn)題：

（1）減少軟土地基的沉降；

（2）防止軟土地基和路堤的整體破壞；

（3）防止路堤沿土工合成材料表面發(fā)生滑移失穩(wěn)。