土工合成材料知识讲座

1、土工合成材料9/16/20221 概 述 概 述 土工合成材料种类 主要功能 作用机理及应用土工合成材料9/16/20222土工合成材料( Geosynthetics )：应用于岩土工程的，以高分子聚合物和玻璃等为主要原料制成的各种新型工程材料的统称。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯(PE)、聚酯(PER)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)等。 特点：质量轻、强度高、弹性好、耐磨、耐酸碱、不易腐烂、不易虫蛀、吸湿性小等。概 述9/16/2022320世纪30年底应用于土木工程塑料薄膜作为防渗材料应用于水利工程；20世纪50年底海岸护坡工程；20世纪60年代河道、涵闸及防治

2、路基翻浆冒泥；20世纪80年代水利、铁路、公路、军工、港口、建筑、矿山、冶金和电力部门等；全国成立了土工合成材料技术协作网历史发展9/16/20224 概 述 土工合成材料种类 主要功能 作用机理及应用土工合成材料 设计计算9/16/20225我国?土工合成材料应用技术标准?将土工合成材料分为四大类：土工织物土工膜土工复合材料土工特种材料 土工合成材料种类9/16/20226 土工织物geotextile：是一种透水性材料 土工合成材料种类9/16/20227土工织物土工合成材料种类9/16/20228土工织物土工合成材料种类9/16/20229土工织物土工合成材料种类9/16/202210土

3、工织物土工合成材料种类9/16/202211优点：重量轻，整体连续性好可做成大面积整体；施工方便；抗拉强度高；耐腐蚀和抗微生物侵蚀性好。缺点:如未经特殊处理，其抗紫外线能力低。土工织物土工合成材料种类9/16/202212土工膜( Geomenbranes ):聚合材料和橡胶等制成的膜片或者以土工布为基布外涂一层或多层异丁橡胶形成的膜片，为一种具有一定强度的不透水材料。用于隔水防渗。土工膜土工合成材料种类9/16/202213土工膜特点：有很好的弹性和适应变形的能力；能承受不同的施工条件和工作应力；具有良好的耐老化能力。土工合成材料种类9/16/202214土工复合材料(Geocomposit

4、es)：是两种或两种以上的土工合成材料组合在一起的制品。复合加筋材料：如土工格栅与土工布复合，经编布与玻璃丝复合，土工布与土工膜复合，不织布与高强钢丝复合等复合排水材料：如排水带，排水片和排水板等复合隔水防渗材料：土工粘衬垫(GCL)土工合成材料种类9/16/2022151、复合土工膜一布一膜、二布一膜或三布二膜等。膜防渗；布排水作用。土工合成材料种类9/16/2022162、复合土工网土工合成材料种类9/16/2022173、土工复合排水板由芯板和透水滤布组成。芯板为硬塑料薄板，为瓦楞形或十字形，原料为聚氯乙稀或聚丙稀；透水滤布为薄型无纺织布。土工合成材料种类9/16/202218GCL被用

5、于地下水的保护、堤坝止水、水库和蓄水池防渗，以及填筑和掩埋场的密封面层等。 土工合成材料种类9/16/202219土工特种材料：为工程特定需要而生产的产品。土工格栅(geogrid) 土工网(geonet) 土工模袋(fabriform) 土工格室(geocell) 土工管(geotex tube)、土工包(geocontainer) 聚苯乙烯板块(EPS) 土工合成材料种类9/16/202220土工格栅：是在聚丙烯或高密度聚乙烯板材上先冲孔，然后进行拉伸而成的带长方形或方形孔的板材。因其高强度和低延伸率而成为加筋的好材料。 土工格栅土工合成材料种类9/16/202221土工格栅土工合成材料种

6、类9/16/2022229/16/202223土工格栅在加筋构筑物中的典型应用情况拓宽道路 土工合成材料种类9/16/202224当建筑边界受限时，采用土工格栅加筋土挡墙与加筋土边坡组合结构 加筋土挡墙加筋土边坡土工合成材料种类9/16/202225玻纤土工格栅用于地表植草护坡 土工合成材料种类9/16/202226土工网：以聚丙烯或聚乙烯为原料，应用热塑挤出法生产的具有较大孔径和较大刚度的平面结构材料 。抗拉强度都较低，延伸率较高 常用于坡面防护、植草、软基加固垫层，或用于制造复合排水材料。 土工网土工合成材料种类9/16/202227土工网由挤压机挤出的1 5mm的塑料股线制成。土工合成材

7、料种类9/16/202228土工垫由合成材料粘结而成的三维透水聚合物网垫。通常由聚乙烯制成，其厚度为1520mm。土工合成材料种类9/16/202229土工模袋：是由上下两层土工织物制成的大面积连续袋状材料，袋内充填混凝土或水泥砂浆，凝固后形成整体混凝土板，可用作护坡。模袋上下两层之间用一定长度的尼龙绳来保持其间隔，可以控制填充时的厚度。浇注后，多余水量可从织物孔隙中排走，故而降低了水分，加快了凝固速度，使强度增高。 土工模袋土工合成材料种类9/16/202230土工格室：是由强化的高密度聚乙烯宽带，每隔一定间距以强力焊接而形成的网状格室结构格室张开后，可填以土料，由于格室对土的侧向位移的限制

8、，可大大提高土体的刚度和强度它可用于处理软弱地基，增大其承载力，沙漠地带可用于固沙，还可用于护坡等。土工格室土工合成材料种类9/16/202231土工管、土工包：是用经防老化处理的高强土工织物制成的大型管袋及包裹体。可有效地护岸和用于崩岸抢险，或利用其堆筑堤防，解决疏浚弃土的放置难题。 土工管土工管、土工包土工合成材料种类9/16/202232土工包是将高强土工织物铺设在特制的可开底的空驳船内，将疏浚的淤泥或废料充填其上，待装满后，将织物包裹封合，防止泄漏，然后将驳船开到预定地点，翻开船底，把土工包沉放到水底。用于大面积崩岸治理、堤防迎水坡堵漏、河岸及河底的淘冲。 土工合成材料种类9/16/2

9、02233 概 述 土工合成材料种类 主要功能 作用机理及应用土工合成材料9/16/202234土工合成材料的性能物理性质 比重；单位面积质量；厚度力学性质 抗拉强度、伸长率； 撕裂强度；握持拉伸强度；摩擦试验强度；拉拔试验强度；压缩性；蠕变性；水力性质 渗透性; 等效孔径主要功能9/16/202235土工合成材料的主要功能及应用滤层作用 ：防止细粘土的流失，又不被淤堵。排水作用：既作为排水通道又防止淤堵。加筋作用：提高加筋体的复合强度，改善土体的变形性质，提高土体的稳定性和地基承载力。 隔离作用：防止不同土料混杂，保持其各自的性能防护：防止水流及风浪的冲刷和侵蚀，保护岸坡防渗、隔水和封闭：主

10、要功能9/16/202236滤层作用当土中水流过土工织物时，水可以顺畅穿过，而土粒却被阻留的作用。用作反滤的土工织物一般是非织造型(无纺)土工织物，有时也可以用织造型土工织物。堤坝工程；公路和机场跑道的基层；铁轨下道渣与土基间的隔离层等，同时也要求反滤功能。 主要功能9/16/2022379/16/2022389/16/202239排水作用堤坝工程中降低浸润线位置，以减小渗流力挡墙反面排水，以消减水压力，提高墙体稳定性土坡排水，减小孔隙压力，防止土坡失稳隧道和廊道排水，以减轻渗水压力软土地基排水，以加速土固结，提高地基承载力土工织物用作排水时兼起反滤作用，同时，不致因土体固结变形而失效。主要功

11、能9/16/202240软基上堤坝底部铺设土工织物作为排水层 饱和软土地基在堤坝重力作用下将排水固结，排出的水量通过土工织物向两侧流走。 塑料排水带垂直排水由塑料排水芯材外包非织造土工织物(滤膜)构成的一种土工复合排水材料，在软土地基加固中应用广泛。 主要功能9/16/202241掩埋场排水处理9/16/202242土工织物过滤排水结构形式(单位：cm)9/16/202243隔离通过隔离层，引起应力扩散作用，使地基土的沉降量得到一定程度的均化。隔离提供排水面，加速地基土固结，使承载力提高。隔离层起整体性作用，可使要求的地基粗粒料支持层的厚度减少，节约建筑材料。地基中有局部软弱区域，或有小范围洞

12、穴，铺隔离层有架桥作用，以掩盖和减弱洞穴区或软弱区的影响。在地下水位较高的地基中，隔离层可以切断毛细水上升，防止盐碱化，或减弱冻胀。道路基床中，隔离是防治翻浆冒泥的有效措施。隔离层还起一定的保温作用。主要功能9/16/202244隔离用材料应用最多的是有纺和无纺土工织物。如果对材料的强度要求较高，有时还要求以土工网或土工格栅作为材料的垫层。当要求隔离防渗时，那么需要土工膜或复合土工膜。 主要功能9/16/202245隔离功能9/16/202246加筋功能9/16/202247防渗、隔水和封闭防止流体渗透流失的作用，也包括防止气体的挥发扩散。水利工程中修建挡水蓄水、引水和输水等建筑物，都有防渗、

13、防漏的要求主要功能9/16/202248 坝工中利用土工膜防渗 9/16/2022499/16/202250掩埋场排水处理9/16/2022519/16/202252三峡防渗功能9/16/202253排水沟表土覆盖层外表隔断层根底隔断层地基根底垃圾渗水和地下水的距离渗水导管气体导管竖井地质屏障经处理的地质屏障地下水气体收集渗水收集垃 圾 体垃圾填埋体的主要构成防渗9/16/202254防护作用 -岸坡防护包括河岸、湖岸、海岸等的防水流冲刷，波浪冲击等；在被保护土面上覆一层有良好反滤性能的土工织物，压上一定盖重，即能有效地保护岸坡不受水流和波浪等的破坏。主要功能9/16/202255防护功能9/

14、16/202256一般利用软体排、模袋和三维植被土工网作岸坡防护利用土袋、土枕及土工管等筑堤坝护坡由土工织物垫与压重物体组成，在土工织物垫上间隔缝制有加筋条，在每条加筋条上间隔缝制有系袋条，在系袋条绑上压重物。主要功能9/16/202257正在铺设的软体排9/16/202258软体排铺设的准备9/16/2022599/16/202260用土工合成材料做堤坝防护及反滤9/16/202261用土工合成材料做堤坝防护及反滤9/16/202262用土工合成材料做堤坝防护及反滤9/16/202263土工模袋工程9/16/202264土工网垫边坡绿化防护9/16/202265 概 述 土工合成材料种类 主

15、要功能 作用机理及应用土工合成材料9/16/202266加筋作用土体一般具有一定的抗压强度，但抗剪强度很低。假设允许的侧向变形愈小，它能承受的压力将愈高，所以，要提高土的承受能力，应设法减小其侧向扩张。在土体中的一定部位铺设水平方向的加筋材料，将土压实后，形成加筋土。受荷载作用时，加筋材与周围土之间的摩阻力、咬合力，限制了土的侧向变形，使加筋土的承压能力得到提高。 作用机理及应用9/16/202267加筋材料通常采用织造土工织物、土工带和土工格栅等。要求筋材与土之间有较高的界面强度(摩擦力与咬合力大)加筋材料应蠕变性较低土工格栅的蠕变性较低，是较为理想的加筋材料 作用机理及应用9/16/202

16、268加筋土应用：1.加筋土挡墙2.堤坝边坡加筋3.软土地基加固 4.建筑物地基加筋垫层 作用机理及应用9/16/2022691、加筋土挡墙：在挡墙结构中水平铺设土工织物，土工格栅，或加筋条带等，增加土体的强度提高挡墙的稳定性筋带式 b)包裹式 作用机理及应用9/16/202270加筋土挡墙有四个根本组成局部：加筋材料、填土、墙面板和墙面板根底筋带式 b)包裹式 作用机理及应用9/16/202271当加筋挡墙处于极限平衡状态时，由于主动土压力的作用、使在加筋土体内形成一潜在的破裂面加筋体形成拉力，企图把它向外拔出。在加筋体上形成向内方向的阻力主动区稳定区 作用机理及应用9/16/202272加

17、筋挡土墙稳定性分析：内部稳定性：确定加筋挡墙断面的合理尺寸与形状包括加筋布置的间距、长度、回包宽度和加筋材料的抗拉强度等外部稳定性：地基稳定、水平抗滑稳定和抗倾覆稳定 作用机理及应用9/16/2022739/16/202274巫山57m超高加筋挡土墙9/16/202275深圳河治理工程中的加筋土现场全景9/16/2022762、加筋土坡当堤坝等工程的边坡过陡时，可通过各种形式的加筋，提高边坡稳定性，防止滑动。堤坝如果将边坡做陡，能减少填土方量，节约用地采用土工织物加筋陡坡 作用机理及应用9/16/202277新建陡边坡高路堤 9/16/202278利用原有填土修复高路堤塌边坡 9/16/202

18、279深圳地铁侨城东站单向土工格栅加筋土路堤 8m9/16/2022809/16/2022819/16/202282加筋复合土工布边坡防护9/16/202283加筋复合土工布特有的拉紧力可稳定边坡 9/16/2022843、软土地基堤坝基底加筋在软土地基外表铺设土工织物、格栅组成加筋土垫层，提高堤坝地基的承载力与稳定性。 作用机理及应用9/16/202285基底加筋土垫层：是沿堤坝软基外表按一定水平和垂直间距铺设高强度的土工织物、土工格栅、土工格室等与填土组成一定厚度的加筋土体。作用：主要是增强基底抗拉力，防止坝基底开裂，保持垫层的整体性，均化堤坝荷载引起的基底应力。约束坝基下浅层地基软土的侧

19、向变形，改善地基应力场防止地基剪切破坏提高地基的稳定性与承载力、调整不均匀沉降9/16/202286当构筑物对沉降和变形有较高要求或地表浅层范围内有硬壳层时，可将格栅加筋层置于暗基床内 9/16/202287软基上加筋堤坝设计应考虑的五种破坏模式(a)型：基底加筋强度较高。不可能被拉断裂并保持坝体的整体性，堤坝滑动破坏或失稳只能在地基中产生；9/16/202288(b)型：由于加筋强度缺乏，坝体和地基一起产生整体滑动9/16/202289(c)型：加筋材料的弹性变形大于堤坝自身的变形，加筋失效而破坏；9/16/202290(d)型：为加筋材料锚固失效被拉拔破坏的情况；9/16/202291(e)型：为堤坝边坡失稳，沿水平加筋外表滑动破坏等。9/16/202292软基上加筋堤坝设计应包括：加筋堤坝的承载力分析 加筋垫层材料的强度和 布置形式堤坝整体滑动分析加筋材料拉伸模量的检验加筋材料是否被拔出的检验边坡水平滑动分析9/16/2022934、建筑物地基加筋垫层在软土地基上的建筑物根底，可在基底设置一定厚度的加筋土垫层，提高地基的承载力，均化应力分布，调整均匀沉降。地基承载