土工合成材料测试技术(张鹏程)

土工合成材料测试技术,上海勘测设计研究院工程检测中心水利部土工合成材料检测中心张鹏程,目 录,一、土工合成材料发展概述 发展、基本功能、原材料及产品类型二、标准与规范 应用技术标准，测试标准，产品标准三、性能与测试 工程应用中质量控制常规检测项目；材料质量检测所依据的测试的方法与标准,土工合成材料发展概述,土工合成材料Geosynthetics = Geo 土地 + Synthetics 化学合成物是一种新型的建筑材料。是以人工聚合物，如塑料、合成纤维、橡胶等为原材料，制成的各种类型的用于建筑工程的产品的统称。土工合成材料是相对于传统的木材、钢筋、水泥的第四种建筑材料。早期产品主要是透水的土工织物（俗称土工布）和基本不透水的土工膜以及组合产品，称为：土工织物、土工膜和相关产品。随着工程建设需要和制造技术发展，产品种类不断扩展，1994年在新加坡召开的第5届国际土工合成材料学术讨论会议上正式定名为：土工合成材料。,土工合成材料发展概述,以天然植物作为岩土工程材料，已经有几千年的历史：5000年前，中国人将天然植物纤维与土、石混合用于土木建筑，如茅草作为土的加筋材料，在我国北方的大部分地区仍在沿用；3000年前，巴比伦人运用土中加筋技术修建庙塔；荷兰人在水利工程上，大量利用柳条加固堤防，防止冲刷。但天然植物易于腐烂，不能耐久；金属容易锈蚀；到20世纪30年代，塑料、合成纤维和合成橡胶问世。土工合成材料随化学工业聚合物的发展和工程拓展而兴起，其应用技术则依赖于岩土力学基本原理。,土工合成材料发展概述,创始人之一吉劳德教授（Dr.Giroud.J.P.）- “可能是岩土工程历史上的一次重要革命”。土工合成材料开始应用的确切年代已难以考证，只能从部分早期有里程碑意义的工程事例中知其大概：上世纪30年代，聚氯乙烯土工膜已被应用于游泳池防渗；1953年美国垦务局开始用聚乙烯膜于渠道防渗；前苏联也较早地在渠系上铺设设低密度聚乙烯膜；1958年美国佛罗利达州在海岸块石护坡下展铺土工织物作反滤护垫，至今被认为是近代史土工织物应用的发端；,土工合成材料发展概述,19521953年荷兰遭遇特大风暴，造成重大生命财产损失，灾后启动著名的三角洲工程，这个项目动用了大量的早期的土工织物，因此大大推动了土工织物的发展；1968年，荷兰开发研制成双层土工织物缝制成的用于护岸的砼模袋。1968年法国的罗纳.普朗克（Rhone Poulenc）公司首创无纺土工织物，可替代传统的砂砾料用作滤层， 使土工织物的应用领域广为拓展；上世纪八十年代初英人麦瑟（Mercer）发明了以聚合物制成的至今仍为土加筋的最佳材料的土工格栅（Geogrid）。,土工合成材料发展概述,七十年代末有了塑料排水带，替代砂井用于软基排水固结。八十年代后期，大体积土工包产生，土工包放置在开底船上容纳废弃物、疏浚土料等后封闭，靠GPS定位系统运到指定水域，开启船底投放，修成水下稳定平台、防波堤等，或控制海底侵蚀和建潜坝结构等。以有纺织物制成的大直径大长度的土工管袋，可容纳疏浚泥沙、淤泥等物，脱水固结，形成连续大体积土管袋，可作岸边的防冲障墙，也可建成河工丁坝、顺坝，以及围垦造地、兴建人工岛。,土工合成材料发展概述,为了改善生态、保护环境，各种三维土工网垫相继问世，可用于坡面植草。环保问题的高度重视，不仅防渗用土工膜及应用技术有了很大的改进，也促成了土工合成材料膨润土垫（GCL）的研制成功， GCL结合土工膜构成垃圾填埋场的防渗系统。并逐渐推广到渠道、水池和人工湖等防渗。,土工合成材料发展概述,土工合成材料的应用在我国的发展可归纳为四个阶段。（一）自发应用时期早在上世纪六十年代，山东打渔张灌区、河南人民胜利渠即采用塑料薄膜作渠道防渗，后推广用于水池、水库等防漏；1965年辽宁桓仁水电站用沥青聚氯乙烯膜为混凝土支墩坝上游面止裂防漏；1976年江苏长江岸边的江都嘶马以扁丝土工织物结合混凝土块压重，制成软体沉排防治江岸冲塌；这一时期的特点，是个别工程应用该材料，既无一定规格的的产品，也无定型的设计方法，纯属按既往岩土工程经验，群众性自发应用。,土工合成材料发展概述,（二）技术引进时期八十年代初，铁科院用杜邦公司赠送的2万平方米无纺土工织物，试用于治理铁道长期存在的翻浆冒泥病害，算是我国采用正规土土合成材料的开端。土工模袋的引进，并由无锡毛纺织染厂将其国产化。 1983年又引进了加筋技术和加筋土工格栅。到九十年代中期，自行研究出国产化产品。,土工合成材料发展概述,（三）组织建立时期1983年，国际土工织物学会（简称IGS）成立，1994年更名为国际土工合成材料学会（仍简称IGS）；1984年底，成立了“土工织物科技情报协作网”；1986年更名为“土工合成材料技术协作网”；1995年正式成立 “中国土工合成材料工程协会” (简称CTAG)，为国家一级学术组织；1990年我国正式成为第6个国家会员，建立了国际学会中国委员会（CCIGS），负责国际上技术交流；,土工合成材料发展概述,1986年至今先后在天津、沈阳、仪征、宜昌、西安、上海召开了七届全国土工合成材料学术会议，2012年在天津召开了第八届。目前协会设有加筋、排水、环保、测试四个专业技术委员会，协会网址 ： ; QQ群号 ：75195836,土工合成材料发展概述,（四）步入标准化时期1998年的特大洪水中，国家领导与各部门领导认识了土工合成材料在防汛抢险中的显著作用，国家领导人多次批示要在长江防洪抢险和修复堤坝等水利工程中，大量的采用土工合成材料，并取得了良好的效果；水利部率先编制土工合成材料应用技术规范 SL/T225-1998水利水电工程土工合成材料应用技术规范，结束了我国无标准的状态；之后国家标准和铁路、公路、水运的行业技术标准随之发布；产品标准和材料测试标准紧随其后。1998年年底，土工合成材料及技术步入规范化时期。,土工合成材料基本功能,滤层作用排水作用隔离作用加筋作用防护作用防渗作用包容作用,土工合成材料基本功能,Filtration - 滤层作用/过滤作用 材料让液体（水）顺畅通过的同时，不允许骨架土颗粒随水流流失的作用。把土工织物放置于土体表面或相邻土层之间，可以有效的阻止土颗粒通过，从而防止由于土颗粒的过量流失而造成土体的破坏，同时允许土中的水或气体穿过土工织物自由排出，以免由于空隙水压力的升高造成土体的失稳等不利后果。例如，土工织物用来阻止土粒迁移进排水骨料或排水管而同时使水能流经系统。土工织物也用在海岸和河岸的抛石和其它护岸材料下以防土壤流失。 此种功能是保持土体结构稳定性的关键要求。,土工合成材料基本功能,利用无纺土工织物建造土坝粘土斜墙过渡层反滤的示意图,土工合成材料基本功能,Drainage 排水作用 材料能让水流沿其内部排走的能力。它作为传统排水材料砂砾料的替代料。无纺土工织物、复合排水材料、排水管与塑料排水带有此功能。,挡墙背部利用无纺土工织物或复合排水材料排除地下水至排水管，再由排水管排走的示意图,土工合成材料基本功能,Separation 隔离作用 将两种不同的材料分隔使其不混和的功能。例如：将铁路轨道下道碴碎石和地基细粒土隔开。用于隔离的材料常为土工织物或土工膜。通过隔离可保持介质和结构的完整性和稳定性。,土工合成材料基本功能,Reinforcement 加筋作用 土工合成材料埋在土体之中，可以扩散土体的应力，增加土体的模量，传递拉应力，限制土体侧向位移，增加土工合成材料和其他材料之间的摩擦力，提高土体及有关建筑物的稳定性。,土工合成材料基本功能,Protection 防护作用 利用合适材料防护岩土体免受环境影响导致破坏的作用。例如在堤坝临水岸坡铺上土工织物来抵抗水流冲刷；将材料铺于道路防止路面的反射裂缝；也用于土体防冻和景观绿化等。常用的防护材料有土工织物、土工模袋、土工网和三维植被网垫等。,土工合成材料基本功能,土工合成材料基本功能,土工合成材料基本功能,Waterproofing 液体/气体 屏障 防渗作用 利用材料阻隔液（水）体或防止其流失，气体挥发的作用。常用的防渗材料有土工膜和GCL等。,土工合成材料基本功能,Geosystem 土工系统 包容作用 以柔性高强土工织物制成的各式模体，其中填充不同介质如水、砂料、浆液（砂浆、水泥浆）以形成大长度、大面积或大体积的条梗、垫块或巨块，供护岸、护坡、护底、导流、促淤、兴建堤坝、围垦造地等。 这类产品有土工袋（geobag）、土工管袋（geotube）、土工包（geocontainer)和土工箱笼（gabion）等。统称为土工包容系统。,土工合成材料基本功能,长管袋冲填过程中,长管袋作防护结构,土工合成材料的分类,一、土工织物： 织造（有纺土工织物）：编织型（平织法、圆织法） 机织型（平纹法、斜纹法） 针织型（经编法、缝编法） 非织造（无纺土工织物）：机械加固型（针刺法） 化学粘合型（喷胶法） 热粘合型（热轧法） 土工织物是用于岩土工程的透水性聚合物材料，俗称土工布，按照制造方法不同，分为有纺土工织物和无纺土工织物，有纺土工织物是由纤维纱或长丝按一定方向排列机织而成，而无纺土工织物是由短纤维或长丝按随机或定向排列，制成薄絮垫，再经机械、热粘或化学粘合而成。,土工合成材料的分类,二、土工膜： （压延型、吹塑型） 聚乙烯土工膜（PE） 聚氯乙烯土工膜（PVC） 氯化聚乙烯土工膜（CPE）三、土工复合材料：复合土工膜 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 四、土工特种材料：土工模袋、土工格栅、土工格室、土工条带、 土工网、土工网垫、土工织物膨润土垫（GCL） 聚苯乙烯板块（EPS）等,土工合成材料的分类,土工织物：柔软且具渗透性，通常呈现织物的外观。土工织物可用于隔离、过滤、排水、加筋和防护作用。土工格栅：是具有开放式网格状外观的土工合成材料。土工格栅主要用于土的加筋。土工网：由两组粗糙、平行的挤出聚合物束以一恒定的锐角相交形成的开放式网格状材料。这种网络形成了带平面内孔隙的层，可用来输导相对大的液流或气流。土工膜：是由一种或几种合成材料制成的连续的柔性膜。它们几乎不透水，可用作液体或气体围堵的衬垫和隔气层。,土工合成材料的分类,土工复合材料：是由两类或多类土工合成材料组合而成的土工合成材料。例如：土工织物-土工网型、土工织物-土工格栅型、土工织物-土工膜型。排水板（PVD）是由土工织物滤层包裹塑料排水芯制成的。土工织物膨润土垫(GCL)： 通常是在两层土工织物之间夹有膨润土层或把膨润土层粘结在一层土工膜上或单层土工织物上制成的复合材料。土工织物外包的GCL 常常是缝合或针刺穿过膨润土核心以提高内部抗剪强度。当水化时它们作为液体或气体屏障很有效，并且常常与土工膜联合常用作垃圾填埋场的衬垫。土工管：是穿孔或实心管壁的高分子管材，用来引流（包括填埋场应用中的渗滤液或气体收集）。在一些情况下，穿孔管外包有土工织物反滤层。,土工合成材料的分类,土工格室：是由高分子层的条带制成的相对厚的三维网格状结构。这些条带联结在一起形成交错连接的格室用以填充土，有时填充混凝土。土工泡沫塑料块或板：是由聚苯乙烯泡沫塑料膨胀形成的封闭的、有充气格室的低密度网状结构。土工泡沫塑料可用于隔热，作为轻质填料或可压缩竖直层用以减少作用在刚性挡土墙上的土压力。,土工合成材料的分类,聚乙烯 PE：有高密度HDPE与低密度LDPE之分，耐酸碱，抗化学剂能力强，吸湿性低，电绝缘性极好，机械强度与硬度较好，常用于制造土工膜与单向土工格栅。聚氯乙烯 PVC：比重约为1.4，含氯量56%-58%，硬度比聚乙烯大，根据其所加增塑剂的多寡，可制成软（质）和硬（质）塑料，前者用于制造薄膜，后者可制板材和管材。聚丙烯 PP 丙纶：由丙烯聚合而成，耐温范围-30至140 ，耐化学剂性能较好，惰性强，价格低廉，热稳定性差，不耐日晒，易老化脆损，主要用于制造土工织物、土工膜、双向土工格栅、土工网等。聚酯 PET 涤纶：由二元或多元醇或多元酸缩聚而成的高分子化合物的总称。熔点255至260 ，对虫蛀、霉菌有充分抗力，强度高，耐酸不耐碱，耐光性好（仅次于腈纶），主要用于制造薄膜、纤维、板材等。聚酰胺 PA 尼龙或锦纶：由二元酸与二元胺，或由氨基酸经缩聚而成。结实耐磨，耐磨性最好，耐疲劳，化学稳定性较好，耐碱不耐酸，耐光性不好，主要用于制造合成纤维、塑料等。,土工合成材料的分类,聚乙烯醇 PVA 维纶：耐磨性、耐虫蛀、耐霉菌性良好，亲水性高，强度比涤纶与锦纶差，耐光性较好，主要用于制造短纤维与长丝。聚丙烯腈 PAN 腈纶：耐光性与耐气候性最好，绝热性能好，主要用于制造合成纤维。聚四氟乙烯 PTFE 塑料王：比重2.1-2.3，最低工作温度-269，加热至415分解，可用于性能要求较高的管道等。氯化聚乙烯 CPE：具有较好的耐侯性、耐臭氧、耐化学性。可用于制造土工膜。聚苯乙烯 PS：耐化学性、电绝缘性较好，耐热性低，易老化发脆，用于制造硬质泡沫塑料、薄膜、合成纤维、涂料等。,土工合成材料的产品类型,各类排水材料（塑料排水带、滤水管、软式排水管等）,土工合成材料的产品类型,无纺织物与经编格栅复合成的既能加筋又能排水的加筋土工织物,土工合成材料的产品类型,土工特种材料是为工程特定需要而开发的形形色色的产品，名目繁多。用于加筋的土工格栅（geogrid）；,土工合成材料的产品类型,用于坡面防护、植草和软基加固垫层的土工网（geonet）,土工合成材料的产品类型,利用其侧向约束作用以固定散粒土的土工格室（geocell）,土工合成材料的产品类型,以织物代替模板用于护坡的土工模袋（fabriform）,土工合成材料的产品类型,由热塑性材料制成的用于防冲和美化景观的三维网垫（mattress）,土工合成材料的应用范围,（1）有纺土工织物型产品应用 工程中应用较多的是编织型、机织型产品。针织型产品是近年来发展起来的产品，以涤纶长纤和玻璃纤维为主，产品质量较好，可做加筋材料。织造型产品应用较广的工程主要是水利工程 ，用作防洪抢险及防汛备用物质方面应用量也较大。（2）无纺土工织物型产品应用 目前无纺型产品在工程中应用以短纤针刺型为主，尤其以幅宽4m6m，克重300g/-400g/的产品应用较多。应用范围越来越广，用量也逐年增加，尤以水利工程中用作滤层的用量较多，其次是公路、铁路、环保、机场、海岸等各项工程。,土工合成材料的应用范围,(3) 土工膜产品应用 土工膜是一种透水率极低的土工合成材料，主要应用于水利、环保等工程中的防渗材料。 (4) 复合型产品应用 复合型产品是指两种或两种以上的土工合成材料经加工制造成的产品，常见的有复合土工膜，主要应用于防渗工程；排水带主要应用于软基排水加固；排水软管在环境工程和市政建设中应用较广，在水利工程中也利用解决结构内排水问题。,土工合成材料的应用范围,(5) 土工特种材料应用 土工格栅主要运用于加筋挡土墙、陡坡、软基加固、道路加筋； 土工网用于平面排液、排气，可应用于道路工程、海岸防护； 土工格室中填充土石、混凝土料，可用于作垫层、处理软弱地基或铺设在坡面上构成坡面防护结构； 土工模袋可以代替模板用高压泵把混凝土或砂浆灌入模袋中，形成板状或其他形状结构，用于护坡或其他地基处理工程； 土工网垫主用用于控制水土流失、防护土质坡面，易于与土壤、植被良好结合，促成植物生长；,土工合成材料的应用范围,膨润土垫（GCL），目前产量和应用量都较多，主要用于废弃物处理场建造用防渗材料。 聚苯乙烯板块（EPS），用于铁路、公路工程路基的填料或地基换填料，以减轻自重，降低地基附加应力，及用于有保温、防水要求的工程中。,土工合成材料的标准体系,从具体分类来看，我国的土工合成材料标准可以分为三大部分：一是应用技术规范，该类规范主要涉及材料在工程中的设计与施工，如GB50291-98土工合成材料应用技术规范，水利部、交通部、铁道部、建设部也均发布了行业内相关的土工合成材料应用技术规范。二是产品标准，此类标准主要提出材料的分类、代号、技术要求、检验规则等，部分标准也附录有具体的测试方法，目前现行有效的产品标准国标计有14项，分别有关于不同类别的土工织物、土工膜、土工格栅、土工网及土工格室，交通部发布有16项产品标准，较国标增加了针对于土工加筋带、塑料排水板、防水材料、排水材料、泡沫材料、保温材料及复合材料的标准，此外另有建材行业的软式透水管、建设部发布的GCL、垃圾填埋场用土工膜标准。,土工合成材料的标准体系,三是测试标准，我国目前在用的土工合成材料测试标准主要以ISO及ASTM标准为参考蓝本，自上世纪90年代以来，国内陆续制定实施了数十项有关于土工合成材料测试的国家标准及行业标准，为推进工程建设、保障工程安全起到了良好作用，但在测试标准的覆盖面、针对性、技术要求、体系完整性上仍存在一定欠缺。,土工合成材料的标准体系,ISO即国际标准化组织，其有关土工合成材料的标准主要由ISO TC221（土工合成材料）技术委员会组织起草完成，目前现行有效的TC221下设标准共计33项。此外还有涉及ISO TC38（纺织品）技术委员会下设标准ISO13934-1、ISO13934-2，ISO TC61（塑料）技术委员会下设标准ISO4892-2、ISO4892-3、ISO4593、ISO1183-1、ISO1183-2、ISO11501、ISO527、ISO974、ISO1133、ISO11357-6，ISO TC138（塑料管材、管件、阀门）技术委员会下设标准 ISO6964，ISO TC67（石油、天然气工业用材料、设备和海上建筑）技术委员会下设标准ISO13500等14项。应注意的是，在以上ISO标准中有28项已被以等效采用或略加修改的方式修订为我国国家标准。,土工合成材料的标准体系,ASTM即美国材料与试验协会， ASTM 有关土工合成材料的标准主要由ASTM D35(土工合成材料)技术委员会组织起草完成，目前现行的D35系列下标准共计137项。此外还涉及ASTM D20（塑料）技术委员会、 ASTM D11(橡胶) 技术委员会 、ASTM C16（保温）技术委员会、ASTM D18(岩土)技术委员会下设标准18项。目前检索到在ASTM 标准体系中，列入标准试验方法范畴的标准计有99项，这些标准也构成了ASTM关于土工合成材料测试标准体系的主体框架。,土工合成材料应用技术规范,土工合成材料应用技术规范GB 50290-1998（修订中）水利水电工程土工合成材料应用技术规范SL/T225-1998(修订中)水运工程土工合成材料应用技术规范JTJ239-2005公路土工合成材料应用技术规范JTG/T D32-2012铁路路基土工合成材料应用技术规范TB10118-2006生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范 CJJ 113-2007,土工合成材料产品标准,1. 土工织物,土工合成材料产品标准,2. 土工膜,土工合成材料产品标准,3. 土工复合材料,土工合成材料产品标准,4. 土工特种材料,土工合成材料测试标准,国家标准水利部标准 SL235-2012交通部标准 JTG E50-2006其他行业标准,土工合成材料测试标准,工程材料正确应用于工程结构，首先要掌握其反映工程性能的定量指标，所以需要相应的测试。 土工合成材料的性能指标有两方面的用途: 指导设计，为设计提出合理的设计指标做事先的准备； 质量控制，在材料出厂前和施工过程中，对材料进行性能指标的测试，保证施工用材的质量。,土工合成材料测试流程,先抽取样品； 再对样品调湿； 在调湿好的样品上裁取试样； 接着对试样进行专门测试； 再对测试数据分析处理，确定最后成果。 除专门测试方法以外的其余几项工作（抽样、调湿、裁样和数据处理）是通用的。,土工合成材料测试流程,1）取样 如果试验是非破坏性的，我们可对全部产品进行测试，也可抽取一定数量的样品进行测试，视需要和可能而定； 如果测试是破坏性的，则只能采用抽取一定数量样品的方法来进行测试。2）抽样 从产品中抽取一定数量的样品称抽样。 土工合成材料特性测试中的大部分项目是破坏性的，所以采用抽样法取样。 关于抽样的方法可见专门的抽样方法标准。 要强调一条基本原则，就是要使抽取的样品具有代表性。 只有对具有代表性样品的特性测试结果才能用来评价被抽取材料的特性。,土工合成材料测试流程,3）委托送检 委托送检，是检测单位接受委托方送达的样品进行委托方要求的性能检测，所以只对来样负责，并不能对样品所代表的材料负责。 如果委托方的样品是按抽样方法标准抽取，那这个样品是有代表性的，用这个样品进行检测所得的结果代表了样品，也代表了被抽检的材料。 如果委托方的样品不是按抽样方法标准抽取，那这个样品不具有代表性，用这个样品进行检测所得的结果只代表了样品，但并不能代表被抽检的材料。,土工合成材料测试流程,4）接受样品的注意点 测试规程规定：样品不应含有灰尘、折痕、孔洞、损伤部位和可见疵点等不具有代表性地方。 但如果样品上这些瑕疵较多，则应与抽样人商讨样品的代表性问题。如果样品没有代表性，则应更换样品；如果样品具有代表性，说明抽取样品所代表的被检测材料本身具有较多瑕疵，试样裁取时则应包含具有代表性的这些瑕疵的地方。（专门检测施工损伤影响的样品、在现场存放了一段时间后还想使用的样品等）,土工合成材料测试流程,5）委托抽检 委托抽检，是检测单位接受委托方要求对材料性能进行的检测，所以检测单位不但要检测，首先还要抽取样品。 检测单位抽取样品，样品必须是从要求检测的材料中按抽样方法标准来抽取，使抽取的样品代表了被抽样的材料。 检测单位对样品进行检测所得的结果，不但是对样品负责，更是对检测的材料负责。,土工合成材料测试流程,6）试样的制备 在调湿过的样品上剪取试样时应注意： 由于样品周边代表性差，周边10cm不裁剪试样。 由于样品的不均匀性，应尽量避免在同样的纵向和横向位置上取样，即要求梯形取样法取样。 裁样前应有计划，再裁剪，可裁成尺寸较要求稍大的块片，然后再修成精确尺寸； 试样尺寸应满足精度要求。 试样应予编号，有特殊情况应做记录。 注：土工合成材料产品的均匀性较差，同一批的产品甚至同一样品的不同部位，性能指标都会差异。,土工合成材料测试流程,梯形取样布置示意图,土工合成材料测试流程,7）试样调湿 调湿的目的在于测试结果标准化。 调湿的标准：温度为（202） ；相对湿度为（655）； 标准大气压； 静置24小时；调湿至恒重 如确认材料不受环境影响，可免除上述调湿处理。但应记录试验中的的温度和湿度。,土工合成材料测试流程,8）结果的处理 为得到更有代表性的材料性能指标值，许多试验要求多个试样的平行测定，然后求出统计值：（1）算术平均值（2）标准差与变异系数 如发现数据中有偏离平均值较大的数值，应认真进行分析原因，若是因为试验错误造成，应予删除，并补做试验； 若系材料本身不均匀所致，应予保留。,土工织物测试技术,1.物理性能试验-单位面积质量,单位面积质量是材料的基本物理性能指标，它关系到材料的厚度和强度等各方面性能，也是优选材料时的基本规格之一。 原理：单位面积质量指材料单位面积1m2时材料所具有的质量，通常以 g/m2 表示，该指标由称量材料的质量与测定试样的面积确定，一般试样面积应不小于100cm2 。,1.物理性能试验-单位面积质量,相关标准： GB/T13762-2009 SL235-2012 JTG E50-2006-T1111 ISO 9864 ASTM D5261,1.物理性能试验-单位面积质量,以GB/T13762-2009为例；试样准备： 1.按GB/T13760规定，裁取面积为100cm2 ，至少10个样品。 2.如100cm2 的试样不能代表该产品全部结构时，应使用较大面积的试样。 3.将试样在202的温度，65%5%的相对湿度条件下调湿24h。仪器设备： 1.剪刀、裁刀 2.天平：感量0.01g 3.钢尺：精度0.5mm,1.物理性能试验-单位面积质量,称量： 分别对每个试样进行称量，精度为0.01g。结果计算： 式中：G-单位面积质量，g/m2 M-试样质量，g A-试样面积 计算10块试样的单位面积质量的平均值，修约至1g/m2,2.物理性能试验-厚度,原理： 将试样放置在基准板，用与基准板平行的圆形压脚（压脚面积小于试样面积）对试样施加规定压力一定时间后，测量两块板之间的垂直距离。相关标准： GB/T13761.1-2009 SL235-2012 JTG E50-2006-T1112 ISO 9863-1 ISO 9863-2 ASTM D5199,2.物理性能试验-厚度,以GB/T13761.1-2009为例；试样准备： 1.按GB/T13760规定，至少10个样品，其直径至少大于压脚面积的1.75倍。 2.将试样在202的温度，65%5%的相对湿度条件下调湿24h。,2.物理性能试验-厚度,仪器设备： 1.厚度试验仪：具备平整光滑且可调换的圆形压脚，压脚应能提供垂直于试样表面2kPa的压力。基准板的直径应大于压脚直径1.75倍。测量装置用于指示压脚与基准板之间的距离，精确到0.01mm 。 2.计时器：精确到1s 。试验步骤： 将试样放置在基准板和压脚之间，使压脚轻轻压放在试样上，并对试样施加恒定压力30s后，读取厚度指示值，除去压力，并取出试样。,2.物理性能试验-厚度,2 kPa,25 cm,thickness,2.物理性能试验-厚度,厚度与压力的关系曲线结果计算：计算10块试样的厚度平均值，精确到0.01mm 。,3.力学性能试验-拉伸强度,土工合成材料用作加筋、隔离或包容等功能时，拉伸强度和拉伸应变是设计中必然涉及的指标；用作反滤或垫层时，也要考虑材料具有承受施工应力的能力。拉伸强度和应变是材料最基本和最重要的力学性能指标。原理： 将试样夹持在拉伸试验机的夹具上，对试样进行拉伸直至试样断裂，记录试样的抗拉伸性能。,3.力学性能试验-拉伸强度,3.力学性能试验-拉伸强度,相关标准：GB/T 15788-2005 JTG E50-2006-T1121 ISO 10319ASTM D4595GB/T 3923.1-1997JTG E50-2006-T1123SL235-2012ISO 13934.1ASTM D5035,3.力学性能试验-拉伸强度,通常实验室采用条样法进行测试，条样宽度有两种， 一种是宽度为50mm，称窄条法，一种是宽度为200mm，称宽条法。以GB/T15788-2005为例；试样准备： 1.按GB/T13760规定，在样品的纵向与横向各裁取至少5个试样。 2.制备每个试样至200mm的最终宽度，并有足够的长度以满足夹具夹钳隔距100mm。对于织造土工布，可将每块试样裁剪至220mm宽，然后从试样的两端拆去数目大致相等的边线以得到200mm的名义试样宽度，这有助于保持试样的完整性。,3.力学性能试验-拉伸强度,3.将试样在202的温度，65%5%的相对湿度条件下调湿至恒重。仪器设备： 1.拉伸试验机：万能试验机，等速伸长型，一级试验机要求，即示值的相对误差在1%之内。夹具应具备足够宽度，可以限制试样的滑移及损伤。 2.伸长计：引伸计，能够测量试样上两个标记点之间的距离，对试样无损伤或滑移。精度不超过1mm 。试验步骤： 1.设定拉力机，将夹具隔距调至100mm3mm，断裂强力应在满量程负荷的10%-90%之间，拉伸速率为隔距长度的20%/min 5%/min 。 2.夹持试样，可将预先画好的横贯试样宽度且相隔100mm的两条标记线与上下夹钳口边缘重合。,3.力学性能试验-拉伸强度,3. 控制试验机缓慢施加预负荷，记录预负荷伸长量。 4. 开动试验机连续运行至试样断裂，记录最大负荷及伸长率。 5. 测试过程中如试样发生滑移或在距离夹钳口5mm以内的范围内断裂而其试验结果低于其他试样结果平均值50%时，该试样值应剔除，另补一试样测试。 可以采取以下措施避免： 钳口内加衬垫；钳口内的试样用涂料加强；改进钳口面,3.力学性能试验-拉伸强度,典型的拉伸强度曲线,3.力学性能试验-拉伸强度,结果计算： 1.拉伸强度 f= Ff / B f - 拉伸强度，kN/m; Ff - 最大负荷，kN； B - 试样的名义宽度，m 2.最大负荷下伸长率 （%）=（ L1-L0）/（ L0+L0)100% - 伸长率, % ; L1 - 最大负荷下伸长量 L0- 达到预负荷时的伸长量 ; L0 - 隔距长度,4.力学性能试验-撕破强力,材料的梯形撕破强力反映其已有裂口尚能承受撕拉的能力，以最大撕破力N表示。该试验用于评价现场铺放土工织物等材料时，材料已有切口处抵抗继续撕裂的能力。原理: 在梯形试样的短边中心剪一个切口,用拉力机的夹钳夹住梯形上两条不平行的边,以恒定速率拉伸试样,使试样在宽度方向沿切口逐渐撕裂,直至全部断裂,测定最大撕破力,以N为单位。,4.力学性能试验-撕破强力,相关标准：GB/T 13763-2010 SL235-2012JTG E50-2006-T1125ASTM D4533,4.力学性能试验-撕破强力,以GB/T13763-2010为例;试样准备： 1.按GB/T13760的规定，裁取纵向、横向至少各10块试样，每块试样尺寸为(751)mm(2002)mm。 2.梯形样板在每个试样上画一个等腰梯形，在梯形短边中心剪一个长约15mm的切口。 3.将试样在202的温度，65%5%的相对湿度条件下调湿至恒重。,4.力学性能试验-撕破强力,梯形样板,4.力学性能试验-撕破强力,仪器设备：拉伸试验机，等速伸长型，一级试验机要求。试验步骤： 1.设定拉力机两夹钳间距离为25mm,拉伸速度为50mm/min。 2.安装试样，沿梯形的不平行两边夹住试样，使切口位于两夹钳中间，长边处于折皱状态。 3.启动拉力机，以规定速度拉伸试样直至试样完全撕裂，记录最大撕破强力值。,4.力学性能试验-撕破强力,典型撕裂曲线,4.力学性能试验-撕破强力,结果计算： 分别计算纵向与横向10块试样最大撕破强力的平均值，结果保留至小数点后一位。 若撕裂不是沿着切口线进行或试样从夹钳中滑出，则应剔除本次测试值，在原样品上重新裁取试样，补足试验次数。对容易滑脱的试样，可在夹钳夹持面上垫衬垫材料。,5.力学性能试验-顶破强力,顶破强力是通过模拟试验测定材料抵抗集中法向荷载能力的指标。顶破力以N表示。该试验模拟在凹凸不平地基上有尖棱石块顶刺织物或土工膜的情况。随顶刺杆端部形状不同，分圆球顶破和CBR顶破等试验。 原理： 试样固定在两个夹持环之间，顶压杆以恒定的速率垂直顶压试样。记录顶压力-位移关系曲线，顶破强力和顶破位移。,5.力学性能试验-顶破强力,相关标准：GB/T14800-2010SL 235-2012JTG E50-2006-T1126ISO 12236ASTM D6241 以GB/T14800-2010为例;,5.力学性能试验-顶破强力,试样准备：按GB/T13760规定，剪取5块试样，试样大小应与夹具匹配，一般为300mm的圆形试样。将试样在202的温度，65%5%的相对湿度条件下调湿至恒重。 仪器设备：万能试验机:1级精度，能够提供（50 5）mm/min的恒定位移速率。顶压杆：直径为（50 0.5）mm钢质顶压杆，顶压杆顶端边缘倒角为（2.5 0.2）mm半径圆弧。夹持系统：应保证试样不滑移或破损，夹持环内径为（150 0.5）mm,5.力学性能试验-顶破强力,5.力学性能试验-顶破强力,试验步骤：将试样固定在夹持系统的夹持环之间，运行顶压杆接触试样上表面。启动试验机，以（50 5）mm/min的速率移动顶压杆直至试样完全破坏。结果计算： 计算5块试样顶破强力和顶破位移的算术平均值。,6.力学性能试验-刺破强力,刺破强力是通过模拟试验测定材料抵抗集中法向荷载能力的指标。刺破力以N表示。该试验模拟在尖棱石块刺破织物或土工膜的情况。 刺破强力与顶破强力类似，只是顶杆不同。顶杆是直径8mm的平头，顶端边缘倒成45，深0.8mm的倒角。,6.力学性能试验-刺破强力,相关标准：GB/T19978-2005SL235-2012JTG E50-2006-T1127ASTM D4833 试样准备：按GB/T13760裁取直径为100mm的圆形试样10块。将试样在202的温度，65%5%的相对湿度条件下调湿至恒重。,6.力学性能试验-刺破强力,仪器设备：万能试验机:1级精度，能够提供（30010）mm/min的恒定位移速率。平头顶杆：直径为（8 0.01）mm钢质顶杆，顶杆顶端边缘倒成45、深0.8mm的倒角。夹持系统：应保证试样不滑移或破损，夹持环内径为（45 0.025）mm 。试验步骤：将试样固定在夹持系统的夹持环之间，运行顶杆接触试样上表面。启动试验机，以（30010）mm/min的速率移动顶压杆直至试样完全破坏。,6.力学性能试验-刺破强力,结果计算： 计算10块试样刺破强力的算术平均值，以N为单位。对于土工复合材料，可能出现双峰值的情况下，不论第二个峰值是否大于第一个峰值，均以第一个峰值作为试样的刺破强力。,7.力学性能试验-握持强力,材料的握持强力是反映其分散集中荷载能力的指标。以kN表示，如在现场铺设土工合成材料时，施工人员只能抓住材料的局部面积从事沉放及拖拉，要求材料不得因局部受拉而破坏，握持拉伸试验是为模拟类似受力条件而设计。原理： 将试样的中间部位夹持在规定尺寸的夹钳中，以规定的拉伸速度拉伸试样至破坏，测定其断裂强力。,7.力学性能试验-握持强力,相关标准： GB/T3923.2-1998 SL235-2012 ISO 13934-2 ASTM D4632 以SL235-2012为例； 试样准备：裁取纵向、横向各5个试样，试样宽度100mm，长度200mm。将试样在202的温度，60%10%的相对湿度条件下调节24h。,7.力学性能试验-握持强力,7.力学性能试验-握持强力,仪器设备：万能试验机:1级精度，能够提供300mm/min的恒定位移速率。夹具：夹具面钳口尺寸为宽25mm，长50mm（沿拉力方向）。 试验步骤：将夹具的初始间距调至75mm，设定拉伸速率为300mm/min 。将试样放入夹具中夹紧，开启试验机拉伸至试样破坏，记录最大拉力及相应的伸长量。 结果计算： 计算纵向、横向各5块试样断裂力和伸长率的平均值。伸长率为试样标距变形量与初始标距的比值百分比。,8.水力性能试验-垂直渗透特性,渗透系数、透水率及渗透流速垂直渗透系数是反映水流法向通过织物平面时的透水性指标。渗透系数是在水力坡降等于1时的渗流时的渗透流速，即 k =/i=(v)/h式中：k -渗透系数（cm/s）; -渗透流速（cm/s）; -土工织物厚度（cm）； i -渗透水力坡降； h -土工织物上下游测压管水位差（cm）,8.水力性能试验-垂直渗透特性,透水率是水位差等于1时的渗透流速，即 = /h而渗透流速是单位时间的渗透流量，即 =V/(tA)原理：有恒水头法与降水头法之分，一般采用恒水头法。 在系列恒定水头下，测定水流垂直通过单层、无法向负荷的土工织物及相关产品的流速指数及其他渗透特性。 所谓流速指数即试样两侧在规定水头差时的流速。精确到1mm/s。一般取水头差为50mm。也可取100mm或150mm 等。,8.水力性能试验-垂直渗透特性,相关标准： GB/T15789-2005 SL235-2012 JTG E50-2006-T1141 ISO 11058 ASTM D4491 以GB/T15789-2005为例；试样准备：按GB/T13760从样品中剪取5个试样，试样尺寸与试验仪器相适应。将试样置于含湿润剂的水中，轻轻搅动驱走空气，浸泡至少12h，湿润剂可采用0.1%的烷基苯磺酸钠。,8.水力性能试验-垂直渗透特性,仪器设备：渗透仪：仪器夹持试样处的内径至少50mm，可以在试样两侧保持恒定的水头。能达到250mm恒定水头的能力，最大水头差至少70mm。,8.水力性能试验-垂直渗透特性,2. 秒表：精确到0.1s3. 温度计：精确到0.24. 量筒：精确到10cm3,如采用直接测量流速方式，应校准至其读数的5%5. 测量施加水头的装置：精确到1mm试验步骤：将试样放置于仪器内，向仪器注水，直到试样两侧达到规定的水头差。待水头稳定30s后，用量筒收集固定时间内通过试样的水量。收集水量至少1000cm3或收集时间至少30s。记录测试中的水温。对于土工织物及相关产品的总体渗透性能已经预先确定，为控制产品质量，只需测定在50mm水头差时的流速指数。,8.水力性能试验-垂直渗透特性,结果计算 20 - 20的流速， cm/s V - 收集的水的体积，cm3 RT - 水温校正系数 A - 试样过水面积，cm2 t - 达到水的体积V的时间，s 再可计算出垂直渗透系数 k ,以及透水率,9.水力性能试验-有效孔径,天然土是由无数的等效直径（d）大小不等的土粒组成，土工织物类似地包含无数尺寸不同的孔径开孔（Oe）。有效孔径指通过土工织物的近似最大颗粒直径，以mm表示。如织物允许5的颗粒（以质量计）通过（筛布）的（即95的颗粒不能通过）的那个孔径记为O95。 O95表示土工织物中95%的孔径低于该值。各种标准规定不尽相同，有的采用O98或O90等。 原理： 用土工织物作为筛布，将已知直径的标准颗粒材料放置于土工织物上振筛，称量通过土工织物的标准颗粒材料重量，计算过筛率，调换不同直径标准颗粒材料进行试验，由此绘出土工织物孔径分布曲线，并求出相应的Oe值。,9.水力性能试验-有效孔径,相关标准：GB/T14799-2005 GB/T17634-1998（湿筛法）SL235-2012JTG E50-2006-T1144ISO 12956 （湿筛法）ASTM D4751有效孔径是土工织物用作反滤料时选料所依据的主要指标。测定土工织物孔径还有湿筛法，动力水筛法和显微镜测读法等。ISO标准规定用湿筛法，该法与干筛法有所不同，筛分时需往织物和粒组上洒水，目的是消除振筛时的静电吸附效应。国内多用干筛法。,9.水力性能试验-有效孔径,以GB/T14799-2005为例试样准备：按GB/T13760 规定，裁剪5n块试样，n 为选取粒径的组数，试样直径应大于网筛直径。将试样在202的温度，65%5%的相对湿度条件下调湿至恒重。湿度对干筛法试验有一定影响，湿度过大可能引起颗粒粘结，湿度过低可能会使静电增加。,9.水力性能试验-有效孔径,仪器设备：支撑网筛：直径200mm振筛机：横向摇动频率（220 10）次/min, 回转半径（12 1）mm,垂直振动频率（150 10）次/min，振幅（10 2）mm标准颗粒材料：可采用球形砂粒或玻璃珠，标准颗粒粒径分组如：0.045-0.063,0.063-0.071,0.071-0.090,0.090-0.125,0.125-0.180,0.180-0.250,0.250-0.280,0.280-0.355,0.355-0.500,0.500-0.710天平：称量200g，感量0.01g辅助用具：秒表，软刷，剪刀等,9.水力性能试验-有效孔径,9.水力性能试验-有效孔径,试验步骤：将同组5块试样平整、无折皱放入支撑筛网上。选用较细粒径的标准颗粒50g，均匀撒在试样表面。将筛框、试样和接收盘夹紧在振筛机上，开动机器，摇筛10min 。关机后，称量通过试样的标准颗粒质量，然后更换新的试样。用下一组较粗标准颗粒材料重复上述步骤，直至取得不少于三组连续分级标准颗粒的过筛率，并有一组的过筛率低于5%。,9.水力性能试验-有效孔径,结果计算： B - 某组标准颗粒材料通过试样的过筛率，% m1 - 5块试样同组粒径过筛量的平均值，g m - 每次试验用的标准颗粒材料的质量，g，一般为50g 以每组标准颗粒材料粒径的下限作为横坐标，相应的平均过筛率作为纵坐标，描点绘制过筛率与孔径的分布曲线，找出曲线上纵坐标10%所对应的横坐标值即为O90，同样找出曲线上纵坐标5%所对应的横坐标值即为O95,9.水力性能试验-有效孔径,O90表示90%的标准颗粒材料留在土工