土工合成材料性能指标的分类
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土工合成材料培训土工合成材料是一种专门用于土木工程和环境工程中的新型材料,其以合成纤维材料和土工薄膜为主体,通过物理或化学的方式相互结合而形成的一种材料。
它具有良好的机械性能、化学稳定性和抗老化性能,可以在土工工程中起到增强土体、隔离和排水的作用。
本文将介绍土工合成材料的基本性能、应用领域和施工技术等内容。
土工合成材料的基本性能包括:强度、变形、过滤特性等。
强度是指土工合成材料在承受荷载时所能承受的最大应力,是衡量材料抗拉、抗剪和抗压能力的重要指标。
变形是指土工合成材料在荷载作用下的形变程度,它是衡量材料柔性和变形能力的指标。
土工合成材料的过滤特性是指其在不同颗粒大小的土体中具有良好的过滤性能,可以阻止较大颗粒的渗透,保证土体的稳定性和排水性能。
土工合成材料的应用领域非常广泛,包括道路、铁路、河道工程、防渗、排水、固土、抗滑等。
在道路和铁路工程中,土工合成材料可以用于路基加固、软土地基处理等;在河道工程中,可以用于河道整治、护岸工程等;在防渗和排水工程中,可以用于堤坝的隔离防渗和排水系统的建设;在固土和抗滑工程中,可以用于边坡加固和土石坡面的防护。
土工合成材料的施工技术主要包括选材、设计、预处理、施工和验收等环节。
选材是指根据工程的实际情况选择合适的土工合成材料,包括材料的类型、规格、技术指标等;设计是指根据工程要求和土体条件确定土工合成材料的使用方法和施工要求;预处理是指在施工前对土地进行清理、平整和湿润等处理工作;施工是指按照设计方案和施工要求进行土工合成材料的铺设、连接和固定等操作;验收是指在施工后对土工合成材料进行质量检测和验收,确保工程的质量和使用效果。
土工合成材料的培训主要涉及到相关的理论知识、实际案例和施工技术等内容。
培训的目的是提高学员对土工合成材料的了解和应用能力,掌握相关的设计和施工技术。
培训内容包括土工合成材料的性能特点、使用原理、施工工艺和施工效果等;培训形式可以是理论与实践相结合的方式,通过课堂讲解、案例分析和现场实践等方式进行。
第一节土工合成材料应用技术一、基本规定(一)材料<1>土工合成材料性能指标应按工程使用要求确定下列试验项目:< 1.1>物理性能:材料密度、厚度(及其与法向压力的关系)、单位面积质量、等效孔径等;<12>力学性能:拉伸、握持拉伸、撕裂、顶破、CBR顶破、刺破、胀破等强度和直剪摩擦、拉拔摩擦等;< 1.3>水力学性能:垂直渗透系数(透水率)、平面渗透系数(导水率)、梯度比等;< 1.4>耐久性能:抗紫外线能力、化学稳定性和生物稳定性、蠕变性等。
<2>用于工程的性能指标应模拟工程实际条件进行测试,分析实际环境对测定值的影响。
<3>蠕变折减系数、施工损伤折减系数、老化折减系数在无实测资料时,综合强度折减系数宜采用2.5〜5.0;施工条件差、材料蠕变性大时,综合强度折减系数应采用大值。
<4>土工合成材料与土的拉拔摩擦系数应通过试验测定。
无实测资料,对于不均匀系数大于5的透水性回填土料。
<5>土工合成材料应经具有国家或省级计量部门认可的测试单位测试。
材料进场时,应有出厂合格证和标志牌,并应进行抽检。
<6>材料运送过程中应有封盖。
存放场地应通风干燥,严禁日光照射并应远离火源。
(-)设计原则<1>土工合成材料用于岩土工程的工程设计与施工时应遵从岩土工程及各行业标准的原则。
<2>设计方案应根据工程主要目的、材料布放位置、长期工作条件对材料耐久性要求、施工环境以及经济等因素确定。
<3>重要工程宜通过生产性试验确定设计施工参数。
<4>设计应根据工程需要确定必要的安全监测项目o(三)施工检验<1>应用土工合成材料的工程应根据工程实际情况,制订施工检验细则。
<2>施工时应有专人随时检查。
每完成一道工序应按设计要求及时进行质量评定。
铁路路基工程常用土工合成材料分类及主要技术指标铁路路基工程常用土工合成材料分类及主要技术指标铁路路基设计手册(新修订)附录四常用土工合成材料第一节土工合成材料的分类及功能一、土工合成材料分类(一)按原材料性能分类聚合物是土工合成材料的主要原料。
聚合物按性能分为塑料、纤维和橡胶三大类:1.塑料在一定条件下具有流动性、可塑性,并能加工成形,当恢复平常条件(如除去压力和降温),则仍保持加工时形状的聚合物称为塑料。
塑料分为热塑性塑料(如聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等)和热固性塑料(如酚醛树脂、脲醛树脂等)。
2.纤维长度大于直径1000倍以上而又具有一定强度的线形或丝状且直径很小的聚合物称为纤维。
重要的合成纤维品种有:聚脂纤维(如涤纶)、聚酰胺纤维(如尼纶)、烯类纤维(如腈纶、维尼纶)。
3.橡胶在室温下具有高弹性的聚合物材料称为橡胶(又称弹性体)。
重要的合成橡胶品种有顺丁橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶等。
塑料、纤维和橡胶的原材料可以是相同的,例如聚氯乙烯可以制成塑料产品、纤维和类似于橡胶的制品。
(二)按制造方法分类土工合成材料(Geosynthetics)品种繁多,依制造方法分为:1???机织(含编织)织造????针织?????土工织物?????针刺????非织造(无纺)?热粘结???化学粘结??????土工膜?土工合成材料????复合土工膜??土工复合材料?复合土工织物??复合防排水材料:排水?带、排水管、排水防水材料等?????工格室、土工网、土工模袋、?土工格栅、土工带、土??润土垫(GCL)、聚苯乙烯 ?土工网垫、土工织物膨?土工特种材料?板块(EPS)等???1.编型土工纤维:由单股线或多股线编织而成。
2.织型土工纤维(机织物):类似民用纺织品,其特点是孔径均匀,沿经或纬线方向的强度大,但斜交方向低,拉断时伸长较低。
3.无纺型(不织型)土工纤维:由合成纤维原料加工的连续长丝以不规则的排列联接起来而成,这种土工纤维抗拉强度一致。
2022一级建造师《市政实务》考点精讲:土工合成材料的应用【考点6】土工合成材料的应用【考查分值】2分【考点频率】5年4次,2017多选、2019案例、2021多选和案例【考点难度】★★★土工合成材料的应用土工合成材料可分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料等类型。
土工合成材料可设置于岩土或其他工程结构内部、表面或各结构层之间,具有加筋、防护、过滤、排水、隔离等功能。
一、路堤加筋(2)土工格栅、土工织物、土工网等土工合成材料均可用于路堤加筋,其中土工格栅宜选择强度高、性能。
(3)加筋路堤的施工原则是以能够充分发挥加筋效果为出发点。
合成材料连接应牢固,受力方向的连接强度不得低于材料设计抗拉强度,其叠合长度不应小于300mm,连接时搭接宽度不得小于150mm。
(4)铺设土工合成材料的土层表面应平整,表面严禁有碎、块石等坚硬凸出物。
(6)填料不应直接卸在土工合成材料上面,必须卸在已摊铺完毕的土面上;卸土高度不宜大于1m,以防局部承载力不足。
卸土后立即摊铺,以免出现局部下陷。
(7)第一层填料宜采用轻型压路机压实,当填筑层厚度超过600mm后,才允许采用重型压路机。
边坡二、台背路基填土加筋(2)加筋台背适宜的高度为5.0~10.0m。
(3)土工合成材料与构造物应相互连接,并在相互平行的水平面上分层铺设,加筋材料间距应经计算1:1的坡度自下而上逐层增大,最下一层的铺设长度不应小于计算的最小纵向铺设长度。
(4)施工程序:清地表→地基压实→锚固土工合成材料、摊铺、张紧并定位→分层摊铺、压实填料至下一层土工合成材料的铺设标高。
(5)相邻两幅加筋材料应相互搭接,宽度宜不小于200mm,并用牢固方式连接,连接强度不低于合成材料强度的60%。
(6)边角处厚度不得大于150mm。
压实标准按相关规范执行。
施工时应设法避免任何机械、外物对土工合成材料造成推移或损伤,并做好台背排水,避免地表水渗入、滞留。
三、路面裂缝防治(1)采用玻纤网、土工织物等土工合成材料,铺设于旧沥青路面、旧水泥混凝土路面的沥青加铺层底玻纤网网孔尺寸宜为其上铺筑的沥青面层材料最大粒径的土工织物应能耐170℃以上的高温。
2一、土工合成材料在公路工程中的应用与要求土工合成材料的分类第五节土工合成材料土工布第五节土工合成材料土工膜第五节土工合成材料土工格栅第五节土工合成材料当量孔径计算过程:拉伸过程中试样的拉力和伸长量,记录线。
对比试验要点测定土工织物等的拉伸长度和最大负荷下 1.纵向和横向各剪取至少5块试样;2.无纺类试样宽度200mm ±1mm,机织类先剪成220mm宽,再拆成200mm±1mm;3.预张力相当于最大负荷的1%;4.试样在距钳口5mm 内范围断裂,结果剔除。
测定土工织物等的接头和接 1.每块试样应含有一个接缝或接头,其余同“宽条拉伸试验”土工合成材料试验适用于测定各类黏焊土工格栅黏焊点的极限离力。
15mm长的切口,并画上夹持线。
顶破强力试验和刺破强力试验顶破强力试验是指土工合成材料受顶压荷载至破裂时的最大顶压力,反映了土工合成材料抵态应力的能力。
刺破强力试验反映了土工合成材料抵抗小面积的能力。
土工合成材料顶破强力试验和刺破强力试验的主要顶破强力试验刺破强力试验:直径为50mm 2.试样面积:φ300mm 的试样5块率:下降速度为in1.平头顶杆8mm2.裁取圆形试样10块,直径不小于100mm3.加载速率:下降为300mm /m 土工合成材料土工合成材料的摩擦特性。
摩擦剪切强度。
摩擦特性试验统一采用标准砂土,结土工合成材料的摩擦特性,不同的土工材料可以优劣。
拉拔摩擦特性试验采用的是密实度,结果用于设计参数。
土工合成材料、水力性能试验1.垂直渗透性能试验(恒水头法)土工织物用于反滤材料,要求既能阻止颗粒随具有一定的透水性。
本试验采用渗透定水头下垂直渗透性能。
适用于土工织物和合土工织物。
仪夹持器的最小直径50mm。
土工合成材料第五节土工合成材料 试样数量不小于5块,在含有湿润剂的水中,至少浸泡12h直至饱和并赶走气泡。
首先向渗透仪注水达到50mm 的水头差,关掉供水后,如果试样两侧的水头在5m in内不能平衡,说明渗透仪中有未排除干净的空气。
土工合成材料规范土工合成材料是指由聚合物材料和土工合成纤维按照一定比例混合而成的复合材料。
在土工工程中,它广泛应用于土壤加固、防渗、隔离、过滤等方面。
为了确保土工合成材料的质量和施工效果,制定了一系列的规范和标准。
本文将介绍土工合成材料的一些主要规范要求。
首先,土工合成材料的规范要求包括物理性能和化学性能两个方面。
物理性能规范要求材料的拉伸强度、撕裂强度、抗刺穿性能、抗大变形性能等指标。
其中,拉伸强度是指材料在拉伸过程中能承受的最大外力,撕裂强度是指材料在受到撕裂时的抗拉性能,抗刺穿性能是指材料在遭受尖锐物体穿刺时的抵抗能力,抗大变形性能是指材料在遭受大变形时的回弹性能。
化学性能规范要求材料的耐酸碱性、抗紫外线性能、耐老化性能等指标。
这些规范要求确保土工合成材料能在复杂的土工环境中长期稳定使用。
其次,土工合成材料的规范要求还包括材料的使用方法和施工要求。
使用方法规范要求材料在土工工程中的应用范围、使用条件、施工步骤等。
比如,土工合成材料适用于土壤加固中的路基、边坡、堤坝等工程,但不适用于永久浸泡在水中的环境。
施工要求规范要求对材料的存放、运输、搭接、焊接等方面进行详细的规定。
例如,土工合成材料在存放时要注意避免阳光直射,不能与酸碱物质接触,材料的搭接和焊接需要符合一定的要求,以保证材料的正常使用效果。
此外,土工合成材料的规范要求还包括材料的检验与试验方法。
为了确保土工合成材料的质量,规范要求对材料进行严格的检验和试验。
检验方法规定了对材料进行外观、尺寸、质量、物理性能等方面的检验指标和方法。
试验方法规定了对材料进行拉伸试验、撕裂试验、抗刺穿试验等物理性能试验的具体操作步骤和测试仪器的选择。
最后,土工合成材料的规范要求还包括质量控制和质量评定。
质量控制规定了制造商在材料生产过程中应该采取的控制措施,包括原材料选择、生产工艺、质量检测等方面。
质量评定规定了对土工合成材料在工程项目中的质量进行评估和验收的方法和标准。
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。
公路土工合成材料应用技术规范一、引言。
公路土工合成材料是指以合成纤维为主要原料,通过加工制成具有一定强度和延伸性的材料,广泛应用于公路工程中的土工工程领域。
本技术规范旨在规范公路土工合成材料的选择、设计、施工和验收等方面的要求,以确保公路工程施工质量,提高公路工程的使用性能和耐久性。
二、材料选择。
1. 材料种类。
公路土工合成材料主要包括聚丙烯(PP)土工布、聚酯(PET)土工布、聚乙烯(PE)土工布、玻璃纤维土工格栅等。
在选择材料时,应根据工程的具体要求和环境条件来确定合适的材料种类。
2. 技术性能。
土工合成材料的技术性能包括抗拉强度、抗撕裂强度、渗透性、耐老化性等指标。
在选择材料时,应根据工程的荷载特点、地质条件和气候环境等因素来确定材料的技术性能要求。
三、设计要求。
1. 基底处理。
在使用土工合成材料前,应对基底进行必要的处理,包括清理表面杂物、修复破损部位、排除积水等。
确保基底表面平整、干燥、清洁。
2. 材料铺设。
在进行土工合成材料的铺设时,应注意避免损坏材料,保证材料的平整铺设,并严格按照设计要求进行接缝处理,确保材料之间的连接牢固。
3. 施工工艺。
在进行土工合成材料的施工时,应根据材料的特性和工程的要求,采用适当的施工工艺,包括挖土、铺设、固定和覆盖等环节,确保施工质量。
四、验收标准。
1. 外观质量。
对土工合成材料的外观质量进行检查,包括表面平整度、接缝牢固性、无明显破损和污染等情况。
2. 技术性能。
对土工合成材料的技术性能进行检测,包括抗拉强度、抗撕裂强度、渗透性等指标,确保符合设计要求。
3. 施工记录。
对土工合成材料的施工记录进行审核,包括施工工艺、材料使用量、施工质量等情况,确保施工过程符合规范要求。
五、总结。
公路土工合成材料的应用技术规范对于提高公路工程的使用性能和耐久性具有重要意义。
在实际工程中,应严格按照规范要求进行材料选择、设计、施工和验收等工作,确保公路工程的施工质量和使用效果。
土工合成材料性能指标的分类土工合成材料性能指标的分类土工合成材料被广泛应用于水利和岩土工程的各个领域。
不同的工程对材料有不同的功能要求,并因此而选择不同类型和不同品种的土工合成材料。
为使土工合成材料在施工期和运用期能正常工作,必须有合理的设计方法和使用规范,统一的设计指标,并通过实验验证。
土工合成材料的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等。
下面逐一加以简单介绍。
(一) 物理性能指标1.单位面积质量单位面积质量,系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。
由图1-12可见不同类型土工织物的压缩量差别很大,其中针刺非织造土工织物的压缩量最大。
因此,当考虑非织造土工织物水力特性时,必须注意到上覆压力变化使水力特性变化的特点。
3.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,以百分数(%)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。
土工织物常用原材料的密度为:聚丙烯0.91g/m3,聚乙烯0.94~0.96g/m3,聚酯1.22~1.38g/m3,聚酰胺1.05~1.14g/m3,聚乙烯醇1.26~1.32g/m3,聚氯乙烯1.39g/m3。
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。
(二) 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、握持强度、撕裂强度、胀破强度、CBR 顶破强度、圆球顶破强度、刺破强度等。
水利土工合成材料的判定标准
水利土工合成材料是指用于土木工程中的一类合成材料,主要包括土工合成材料、土工织物、土工膜等。
其判定标准主要包括以下几个方面:
1. 物理性能:水利土工合成材料的物理性能包括厚度、宽度、重量、密度、强度等指标。
这些指标需要符合国家标准或行业标准的要求。
2. 化学性能:水利土工合成材料的化学性能包括耐酸、耐碱、耐盐等指标。
这些指标需要符合国家标准或行业标准的要求。
3. 水工性能:水利土工合成材料的水工性能包括透水性、保水性、防渗性等指标。
这些指标需要符合国家标准或行业标准的要求。
4. 机械性能:水利土工合成材料的机械性能包括拉伸强度、撕裂强度、顶破强度等指标。
这些指标需要符合国家标准或行业标准的要求。
5. 耐久性:水利土工合成材料的耐久性包括抗老化性、抗紫外线性、耐候性等指标。
这些指标需要符合国家标准或行业标准的要求。
6. 安全性:水利土工合成材料的安全性包括无毒性、无污染性等指标。
这些指标需要符合国家标准或行业标准的要求。
以上是水利土工合成材料的判定标准。
这些标准可以帮助水利工程设计者、施工者和监理者对水利土工合成材料进行科学、合理的选择和使用,确保水利工程的安全和可靠性。
18土工合成材料土工合成材料是用于岩土工程和土木工程等工程建设用聚合物材料或聚合物工程材料的总称。
它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,表面或各层土体之间,发挥加强或保护土体的作用。
使用土工合成材料的最显著的目的是使工程项目更加安全可靠,节省工程成本。
土工合成材料已经成为继钢材、水泥、木材之后的第4种新型建筑材料。
18.1定义和分类18.1.1定义依据GB50290-1998的定义为:土工合成材料是工程建设中应用的土工织物、土工膜、土工复合材料、土工特种材料的总称。
公路土工合成材料的定义:以人工合成的聚合物为原料制成的各种类型产品,是岩土工程中应用的合成材料的总称。
铁路土工合成材料的定义:岩土工程应用的合成材料产品的总称。
18.1.2分类土工合成材料一般按照产品结构和形成工艺分类,另一种分法是从应用的角度,按产品的功能分类。
18.1.2.1土工布指用于岩土工程和土木工程的、可滲透的聚合物材料,可以是机织的、针织的或非织造的。
1).机制土工布(1).长丝机制土工布(2).短纤纱机制土工布(3).裂膜丝机制土工布(4).单丝机制土工布(5).交织物2)针织土工布(1).长丝针织土工布(2).短纤维针织土工布1(3).裂膜纱针织土工布3).非织造土工布(1).短纤非织造土工布A.短纤针刺非织造土工布B.短纤热粘非织造土工布C.短纤化学粘合非织造土工布(2).长丝纺粘非织造土工布A.长丝纺粘针刺非织造土工布B.长丝纺粘热粘非织造土工布C.长丝纺粘化学粘合非织造土工布18.1.2.2特种土工材料指用于岩土工程和土木工程的、可滲透的聚合物工程材料,可以是片状的、条状的或网格状的。
1).土工格栅2).土工带3).土工格室4).土工网5).土工网垫6).土工模袋7).聚苯乙烯板块8).止水带18.1.2.3土工膜由聚合物或沥青制成的、相对不透水的薄膜。
1).聚乙烯(PE)土工膜(1).低密度聚乙烯(LDPE)土工膜(2).中密度聚乙烯(MDPE)土工膜(3).高密度聚乙烯(HDPE)土工膜(4).乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)土工膜2).聚氯乙烯(PVC)土工膜(1).单层聚氯乙烯土工膜(2).双层聚氯乙烯土工膜(3).纤维增强聚氯乙烯土工膜3).氯化聚乙烯土工膜218.1.2.4土工复合材料指用于岩土工程和土木工程的组合材料,其中至少包括一种土工布或其有关产品。
土工合成材料的主要性能及在工程中的应用一、国内外土工合成材料的应用概况土工合成材料的开发和使用已有几十年的历史。
1926 年,美国最早用棉织物加固公路路面;20 世纪30 年代末或40 年代初,聚氯乙烯薄膜应用于土工的防渗;50年代末期,R . J . Barrtt 在美国佛罗里达州利用聚氯乙烯织物作为海岸块石护坡的垫层;1956〜1957年著名的荷兰三角洲工程用机织土工织物加固防海潮大坝;20 世纪60 年代,合成纤维土工织物在美国、欧洲和日本逐渐推广,但是其生产技术主要是机织型的,主要用于护岸防冲等工程,机织土工织物的强度高,但价格也较高,反滤、排水功能差,限制了它的发展。
非织造布的应用给土工积物带来了新的生命,它的特点是把纤维做成多方向的或任意排列使得其性能上各向同性,非织造型土工积物在20 世纪60 年代末期开始应用于欧洲,70 年代从欧洲传到了世界各地。
到70 年代土工合成材料的应用及其产品的发展达到一个鼎盛时期。
高性能的原料赋予产品高的强力与耐用性,先进的生产工艺赋予产品良好的功能,使其应用范围不断扩大,特别是近30 年来,由于非织造针刺法、纺粘法工艺的推广,产品成本低,而且具有良好的化学物理性能和水工性能,使非织造土工织物的应用飞速地发展起来。
目前世界上已有 1 00多个国家和地区(包括发达国家和部分发展中国家和地区)在10 万多个工程中采用了土工布。
据统计,全世界目前合成纤维土工布年耗量约40万吨,其中美国最多, 达10万吨, 。
土工合成材料已经成为继钢材、水泥、木材之后的第 4 种新型建筑材料。
目前,发达国家在产品种类、质量、应用范围的广度与深度等方面的发展都比发展中国家快,尤以北美发展最快,欧洲则以德国、法国、荷兰、意大利等西欧国家发展较快,亚洲主要是日本、马来西亚、韩国发展较快,国外产品类型、品种较多,规格齐全,以非织造型、合成型、复合型所占比例较大。
在我国,土工合成材料在岩土工程等领域的应用历史较短。
土工合成材料性能指标的分类
土工合成材料被广泛应用于水利和岩土工程的各个领域。
不同的工程对材料有不同的功能要求,并因此而选择不同类型和不同品种的土工合成材料。
为使土工合成材料在施工期和运用期能正常工作,必须有合理的设计方法和使用规范,统一的设计指标,并通过实验验证。
土工合成材料的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等。
下面逐一加以简单介绍。
(一) 物理性能指标
1.单位面积质量
单位面积质量,系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。
由图1-12可见不同类型土工织物的压缩量差别很大,其中针刺非织造土工织物的压缩量最大。
因此,当考虑非织造土工织物水力特性时,必须注意到上覆压力变化使水力特性变化的特点。
3.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,以百分数(%)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。
土工织物常用原材料的密度为:聚丙烯0.91g/m3,聚乙烯0.94~0.96g/m3,聚酯1.22~1.38g/m3,聚酰胺1.05~1.14g/m3,聚乙烯醇1.26~1.32g/m3,聚氯乙烯1.39g/m3。
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。
(二) 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、握持强度、撕裂强度、胀破强度、 CBR 顶破强度、圆球顶破强度、刺破强度等。
在前3项试验中,试样为单向受力,其纵向和横向强度需分别测定;而后4项试验中,试样为圆形,承受轴对称荷载,纵横双向同时受力。
在上述众多力学指标中,最基本的是抗拉强度。
1.抗拉强度和延伸率
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。
2.握持强度
握持强度表示土工织物抵抗外来集中荷载的能力,试验时仅1/3试样宽度被夹持,进行快速拉伸。
土工织物对集中荷载的扩散范围越大,
则握持强度越高,单位为N。
3.撕裂强度
撕裂强度表示沿土工织物某一裂口将裂口逐步扩大过程中的最大拉力,单位为N。
4.胀破强度、 CBR顶破强度、圆球顶破强度、刺破强度
这四个强度的试验都表示土工织物抵抗外部冲击荷载的能力,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,各试验示意图见图1-13。
不同顶杆尺寸模拟不同顶压物,如块石、树枝等。
胀破强度单位为kPa,其他3项强度单位为N。
此外,落锥强度也属此类,其试样尺寸与CBR相同,试验时一个重1kg的圆锥自50cm高处自由落下,测定试样被刺破的孔洞尺寸,单位为mm,该试验重复性较差。
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。
(三)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。
1.等效孔径(表现孔径)
以土工织物为筛布,用某一平均粒径的玻璃珠或石英砂进行振筛,取通过土工织物的过筛率(通过织物的颗粒质量与颗粒总投放量之比)为5%(留筛率为95%)所对应的粒径为织物的等效孔径O95,表示该土工织物的最大有效孔径,单位为mm。
用同样的步骤,则相应得到O85、 O50和Ol5的孔径值。
土工织物的孔径分布曲线形状与土的颗
粒分布曲线相似。
2.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
3.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。
(四) 土工织物与土相互作用性能指标
1.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。
2.土织物渗透特性
土—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。
(五) 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。
(六) 有关土工合成材料功能、设计指标种类及其品种的考虑
在表1-3中列出了土工合成材料用作不同功能时,其常用的设计指标种类和通常选用的材料品种。