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1、土工材料特点及其工程应用I学号 201011509新疆农业职业技术学院土工材料特点及其工程应用分 院 名 称：农业工程分院专 业： 水 利 工 程班 级：10 水利工程（3）班学 生 姓 名： 校内指导教师：企业指导教师： 2013 年 5 月 5 日土工材料特点及其工程应用II内容摘要土工合成材料在我国水利工程、公路工程中的应用虽然只有几十年的历史，但由于其施工方便、造价低廉、效果明显、技术可行等优点，因而得到了迅速的发展，已大量应用于水利工程、路桥工程等各种场合。本文论述了土工合成材料的物理特性、力学特性、耐久性以及在工程中的过滤作用、排水作用、隔离作用、加筋作用、防渗作用和防护作用。随着
2、土工合成材料的性能不断完善和工程需要的不断增长，土工合成材料将会更广泛的应用于工程的各个领域当中去，成为工程中不可缺少的材料。关键词：材料 工程 特性 应用土工材料特点及其工程应用III目 录内容摘要 .目 录. . .引 言 .1第 1 章土工合成材料的特性 .21.1 物理特性 .21.2 力学特性 .21.3 耐久性 .3第二章土工合成材料在工程中的应用 .52.1 过滤作用 .52.2 排水作用 .52.3 隔离作用 .52.4 加筋作用 .52.5 防渗作用.62.5.1 土工材料的防渗结构.62.5.2 土工材料的防渗形式.72.5.3 土工材料铺设的范围和部位. .72.5.4
3、土工材料的选择.72.5.5 土工材料在水利防渗工程中应用情况及优缺点. .82.6 防护作用.92.7 土工合成材料的运用.9第 3 章 结束语 .10致谢. . . . .11参考文献.12土工材料特点及其工程应用IV土工材料特点及其工程应用1引言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新型建筑材料，已广泛应用于水利、公路、铁路、港口、建筑等工程的各个领域。目前，国内外通常采用聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚酰胺纤维及聚乙烯醇纤维等原料制造土工合成材料，形成了八大系列产品，如：土工织物、土工膜、土工网、土工格栅、土工席垫、土工格室、土工复合材料相关产品等，随着高分子化学工为一的发展
4、，自 20 世纪以来相继出现了聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚酰胺、聚酯、聚乙烯、聚丙烯等各种纤维，这些合成材料被大量应用到工程中并起到了相当可观的作用，下面就土工材料的特点及工程中的应用进行论述。土工材料特点及其工程应用2第一章 土工合成材料的工程特性1.1 物理特性（1）厚度土工合成材料的厚度用 mm 表示。厚度的变化对织物的孔隙率，透水性和过滤性等水力特性有很大的影响。常用的各种土工合成材料的厚度是：土工膜 0.250.75mm，最厚的可达24mm；复合型材料有时采用较薄的土工膜，最薄可达 0.1mm；土工格栅的厚度随部位的不同而异，其肋厚一般由 0.5mm 至几十毫米。（2）单位面积质量单位面积
5、质量为单位面积土工合成材料具有的质量，它反映材料多方面的性能，如抗拉强度、顶破强度等力学性能以及孔隙率、渗透性等水力学性能，通常以 g/m2表示，是土工合成材料的重要物理性能之一。土工织物和土工膜单位面积的质量受原料密度的影响，同时受厚度、外加剂和含水量的影响。常用的土工织物单位面积质量一般在 501200g/m 2的范围内。1.2 力学特性反映土工合成材料力学特性的指标主要有拉伸特性及握持强度、撕裂强度、蠕变特性等。（1）拉伸强度及特性土工合成材料是柔性材料，大多通过其抗拉强度来承受荷载以发挥工程作用，因此抗拉强度及其应变是土工合成材料的重要特性指标。土工合成材料的抗拉强度与测定时的式样宽度
6、、形状、约束条件有关，必须在标准规定的条件下测定。土工织物在受力过程中厚度时变化的，不易精确测定，故其受力大小一般以单位宽度所承受的力来表示。单位为 KN/m 或 N/m，而不是习惯上所用的单位面积的应力来表示。（2）握持强度土工织物承受集中力的现象普遍存在，握持强度是反映其分散集中力的能力。握持强度实验是握持试样两端部分宽度进行的一种拉力试验。它的强度由两部分组成，一部分为试样被握持宽度的抗拉强度；一部分为相邻纤维提供的附加抗拉强度。由于试验的难度较大，采用的试样和夹具的尺寸也不尽相同，因此，测得的结果也相差很多。一般不易作为设计依据，只可用作不同土工织物的抗拉强度比较。土工织物握持力一般为
7、 0.36.0KN。（3）撕裂强度土工织物和土工膜在铺设和使用过程中，常常会有不同程度的破损。撕裂强度反映了试土工材料特点及其工程应用3样抵抗扩大破损裂口的能力，可评价不同土工织物和土工膜被扩大破损程度的难易，是土工合成材料应用中的重要力学指标。土工织物梯形撒裂强度一般为 0.1530KN，不加筋土工膜的梯形撕裂强度一般为 0.030.4KN。（4）蠕变特性材料的蠕变是指材料在受力大小不变条件下，其变形随时间增长而逐渐增大的现象。蠕变特性是土工合成材料的重要特性之一，是材料能否长期使用的关键。（5）胀破强度胀破强度、CBR 顶破强度、圆球顶破强度、刺破强度，这四个强度都表示土工膜抵抗外部冲击荷
8、载的能力。其差别是实验时试样尺寸，加荷载方式不同，胀破强度单位为 kPa，其它三项强度单位为 N。水力胀破实验是确定土工膜平铺在孔洞上的抗拉强度，圆球顶破实验是测量土工膜的局部顶破强度，是土工膜的基本特性指标之一。CBR 实验是模拟土工膜铺设在软基和密实的粗粒料间，土工膜所能承受的应力。水力刺破实验是测量土工膜支承在带有尖锐棱角的支承物上时的刺破强度。（6）土工材料与介质面相互作用性能指标土工材料与介质面相互作用性能指标即土或混凝土面土工材料界面的摩擦系数，土工材料埋在土中，通过土与土工材料界面摩擦力传递土中应力，形成连续稳定的应力场；土工材料设在混凝土或沥青面板上联合防渗，两种介质间通过胶结
9、粘合在一起，共同承担防渗作用，通过界面摩擦力抗衡内部孔隙水应力，防止滑坡形成稳定的复合坝面体。需要通过实验方法确定土工材料与介质面间的摩擦系数。1.3 耐久性土工膜的耐久性指标，影响聚合物土工膜耐久性的因素包括：热、光、氧、臭氧、湿气、大气中的二氧化氮和二氧化硫，溶剂、低温、酶和细菌、应力和应变等。土工膜的破坏可能由于：反聚合作用和分子断裂使聚合物分解，从而使聚合物物理性能衰化和发生软化；失去增塑剂和辅助成分，导致聚合物硬化变脆；薄膜与液体发生膨胀或溶解而发生强度的衰减，渗透性增大；揭缝不良或拉开。聚合物土工膜一般不会因温度而分解，只有工业废水池中衬护聚合物薄膜会因氧化温度升起而起分解作用。许
10、多聚合物对紫外线很敏感，会使聚合物分解（加碳黑后可增强抵抗紫外线分解的能力） 。臭氧破坏不饱和主链，当聚合物薄膜的拉应变大 15-25%时，容易受臭氧作用而开裂。在长期应力或反复应力作用下，有的聚合物会因蠕变或疲劳而变薄、破裂。聚合物一般能抵抗生物分解，但增速剂或其它单体成分会在温空气中产生生物分解，而变软，或发脆。土工材料特点及其工程应用4交联型聚合物有很好的抵抗化学分解的能力；结晶聚合物成分简单，会增速剂和填充料很少，不会因增速剂容易丧失而很快老化。PVC 是热塑型的，老化快，丁基橡胶薄腊是由乙丁烯和小比例的异戊二烯聚合而成的，它主要具有烷族的性质，允许硫化处理，是紧序高分子，具有很好的抗
11、氧化、化学、紫外线等侵害的性质（但容易被臭氧破坏） 。土工膜耐久性指标，主要有耐磨、抗紫外线、抗生物、抗大气环境等多种指标，但大我没有可遵循的规范、规程，一般根据工程实际情况，按工程经验来选取。当土工膜铺设于渠道边坡和渠底时上面应覆盖土厚 25-30cm，当土工膜铺设于混凝土面板上时，上面应设置10-20cm 厚的防护层。土工材料特点及其工程应用5第二章 土工合成材料在工程中的应用2.土工合成材料的功能及应用范围土工合成材料的功能是多方面的，综合起来，可以概括为过滤作用、排水作用、隔离作用、加筋作用、防渗作用和防护作用六种功能。2.1 过滤作用把土工织物置于土体表面或相邻土层之间，可以有效地阻止土颗粒通过，从而防止由于土颗粒的过量流失而造成土体的破坏。同时允许途中的水或气体通过织物自由排出，以免由于孔隙水压力的升高而造成土体的失稳等不利后果。土工织物可适用于土石坝粘土心墙或粘土斜墙的滤层，土石坝或堤坝内的各种排水体的滤层，储灰坝或尾矿坝的初期坝上游坝面的滤层，堤、坝、河、渠及海岸块石或混凝土护坡的滤层，水闸下游护坡下部的滤层，挡土墙回填土中排水系统的滤层，排水暗道周边或碎石排水暗沟周围的滤层，水利工程中的水井
