简述土工合成材料在工程中的应用.doc

简述土工合成材料在工程中的应用摘要：土工合成材料是岩土工程领域中一种新型的岩土工程材料,在道路工程中应用广泛。以土工合成材料在地下水处理工程中的应用为例,就土工合成材料的功能、分类、特性及工程实际应用概况进行了较详细的阐述。关键词：土工合成材料；应用；加筋工程；排水作用；一、前言土工合成材料是一种新型的岩土工程材料。它以人工合成的聚合物,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。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。土工材料是工业发展的产物,其出现已经有100多年的历史,但应用于土建工程则是20世纪30年代末才开始的。首先是将塑料薄膜作为防渗材料应用于水利工程。到20世纪50年代末,土工织物开始应用于海岸护坡工程。直到20世纪70年代末,随着非织造型织物(俗称无纺织物或无纺布)的应用,给土工织物带来了新的生命,土工织物才以很快的速度发展起来,从而在岩土工程学科中形成一个重要的分支。1977年在法国巴黎举行的第一届国际土工织物会议上,J.P.Giroud把它命名为“土工织物”(Geotextile),并于1986年在维也纳召开的第三届国际土工织物会议上将它称之为“岩土工程的一场革命”。从20世纪60年代中期到20世纪70年代末,有纺织物开始在我国应用于河道、涵闸及防治路基翻浆冒泥等工程;20世纪80年代初,无纺织物开始在铁路工程上试用;20世纪80年代中期,土工织物才在我国的水利、铁路、公路、军工、港口、建筑、矿冶和电力等领域逐渐推广应用。二、土工材料的种类和功能1、土工合成材料种类：土工合成材料（Geosynthetics）是一种新的岩土工程材料，它以人工合成的聚合物，如料、化纤、合成橡胶等为原料，制成各种类型的品，置于土体内部、表面或各层土体之间，发挥强或保护土体的作用。“土工合成材料”是一概括性术语，标识很广泛的产品，土工合成材可分为土工织物、土工膜、复合型土工合成材料和特种土工合成材料等类型。目前已广泛应于水利、水电、公路、铁路、建筑、海港、采矿、军工等工程的各个领域。（1）土工织物。土工合成材料是以高分子聚合物等制成的新型建筑材料。目前大致可分为：有纺土工织物；针织土工织物；无纺土工织物；复合土工织物。（2）土工膜。它主要是由透水性低的聚合物、沥青以及合成纤维和织物另加一定的填充料和外加剂制成的材料。它具有很好的防渗和防水性能及很强的抗变形能力和耐久性。它的厚度一般为0。257。5mm，它主要有以下优点：改进荷载分布状况；减少填料层厚度，并能满足抗剪强度的要求；限制土体的侧向位移；抗拉性能高，能避免产生裂缝；增加土层刚度。（3）复合型土工合成材料。它包括土工格栅、土工网、超轻型土工合成材料、土工膜袋、土工垫、土工格室等。常用的特种土工合成材料为前3种。（4）特种土工合成材料。它由土工织物、土工薄膜和某些特种土工合成材料中两种或两种以上的材料互相组合而成，它可将不同构成材料的性质结合起来，满足具体工程的需要。2、土木合成材料的功能：（1）隔离作用：将土工合成材料放在两种不同的材料之间或同一材料不同粒经之间以及土体表面与上部建筑结构之间，使其隔离开来。当受外部荷载作用时，虽然材料受力相互挤压，但由于土工合成材料在中间隔开，不使其互相混杂或流失，保持材料的整体结构和功能。土工合成材料隔离作用己广泛应用于铁路、公路路基、土石坝工程、软土基础处理以及河道整治工程。（2）防护作用：土工合成材料可以起到分散应力的作用。也可由一种物体传递到另一物体，使应力分解，防止土体受外力作用破坏，从而起到对材料的防护作用。土工合成材料的防护作用分两种情况：一是表面防护，即将土工合成材料放置于土体表面，保护土体不受外力影响、破坏：二是内部接触面保护，即将土工合成材料置于两种材料之间，当一种材料受集中应力作用时，而不使另一种材料破坏。（3）滤层作用滤层作用是土工织物的主要功能，被广泛地应用于水利、铁路、公路、建筑等各项工程中，特别是水利工程中用作堤、坝基础或边坡反滤层已极为普遍。在沙石料紧缺地区，用土工合成材料做反滤层，更显示出它的优越性。因此通过把土工织物置于土体表面或相邻土层之间，土中水分可以通过织物排同时织物可阻止土颗粒流失，以免造成土体失稳（管涌），可代替砂、砾石等反滤层。（4）排水作用土工合成材料是良好的透水材料，无论是材料法向或水平向均具有较好的排水能力，能够将土体内的水集聚到织物内部，形成排水通道，排出土体。土工合成材料现己广泛应用于土坝、路基、挡土墙建筑以及软土基排水固结等方面。它与工程中的其他排水结构充分配合，形成完善的排水体系，排除地下水、地表水和结构中的多余水份。（5）加筋作用土工合成材料有较高的抗拉强度，将土工合成材料埋在土体中或路面结构适当位置，可以分布土体或路面结构应力、传递拉应力、限制其侧向位移，增强它与土体或路结构层材料之间的摩阻力，使土或路面结构层土工成材料复合体的强度提高，从而约束土体或路面结构层的形，并抑制或减少土体的不均匀沉降，提高土体或路面结构层的稳定性具有加筋功能。（6）防渗作用土工膜和复合型土工合成材料，可以作为各种工程的防渗材料。土工合成材料用于某一项工程会发挥主次作用，如公路的碎石基层与地基之间铺放织物，一般说，“隔离”是主要的，“滤层”和“加筋”是次要的，“排水”是不甚重要的设计者合考虑，如选用光滑的土工膜来隔离，则可能引起路基中孔隙水压力升高，造成路基失稳。弱地基上修路，“加筋可能起控制作用。三、土工合成材料在工程中的应用：1、加筋路堤加筋路堤是在路堤或地基的适当位置铺设具有大时是不加筋的215倍。针对多层土工格栅加抗拉能力的土工合成材料而组成的土工结构,作为固边坡进行了试验,Bathurst等对3个高314m的一种新型的土工合成材料。土工格栅是指在聚合物板上打孔,然后在拉伸机上单向或双向冷拉,圆孔拉成长孔(单向拉伸)或方形(双向拉伸),孔眼较大。土工格栅强度和刚度较大,且较大的孔眼可使较大的土、石粒嵌入,不仅是本身强度刚度高,而且与土具有咬合力,因而摩擦力增大,是一种理想的加筋材料。土工格栅具有高强度、低格栅加筋和不加筋的大尺寸模型边坡进行了对比试延伸率和高稳定性等特点而被广泛应用于加筋路堤验,试验表明土工格栅加固边坡的承载能力为相同结构中,而且由于格栅的加筋效应,极大提高了路堤条件下未加固边坡的1162倍。目前有关格栅加筋路堤的作针对格栅加筋路堤边坡结构物,对比分析了格栅加用机理及具体效果的研究尚不多见。在没有永久性面层结构的临时性道路、拖拉机道路或其它次要道路中,采用高模量的合成材料取代或减少碎石垫层厚度, 增加路基整体稳定性的做法是可行的,这一应用已有近30年的历史。加筋边坡的结构性能与土工格栅的抗拉强度、加筋层数密切相关,土工格栅加筋边坡的沉降和侧向位移随土工格栅的抗拉强度增加、加筋层数增多及边坡变缓而相应的变小。2、软土地基加筋土技术软土地基上合成材料的应用,往往是指在地基表面平面排水和地基中的垂直排水,在加载或超载预压的条件下,使软土排水固结并伴随土的强度提高和压缩性降低。土工复合排水材料是由薄型土工织物包裹不同材料制成的不同形状的芯材组合成的一种复合型排水产品。可以沿产品芯材水平方向的排水通道通畅地排水,外包的土工织物作为滤层可阻止土颗粒进入排水通道。土工复合排水材料主要有:复合排水带芯材多用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等制成,有多种截面形式,根据土工复合排水材的横断面尺寸,习惯上将窄条的(一般宽为10cm)称为塑料排水带。而将宽幅的(一般宽度不小于1.0m)称为复合排水板。塑料排水带是由不同形状的塑料条带排水芯材外包无纺土工织物制成的。复合排水板主要由作为排水通道的芯材和裹在芯材外面的无纺土工织物滤膜组成。而根据主要功能复合排水板分为:双面过滤排水;单面过滤排水;一面过滤排水,另一面隔离防渗;加筋兼过滤排水。土工复合排水材料的应用:a塑料排水带主要用于软土基竖向排水固结处理;b复合排水板具有广泛的用途,可用于中期纵向横向排水、支挡建筑物墙后过滤排水、隧道衬砌后防排水、建筑物地下排水通道、堤坝排水设施等;c排水软管主要应用于软土路堤基底横向排水、有地下水升降的陡坡路堤地基的处理、既有铁路增建第二线为并列不等高地段路基、路堑侧沟底部含水层地段的盲沟排水、路堑基床处理、滑坡整治措施、桥台或支挡结构物的台背或墙背的排水体系等。3、加筋挡土墙应用合成材料应用于加筋挡土墙,主要的形式有拼装面板型、反折自锚型、整体面板型和圬工块拼装型4大类,由于暴露于空气介质中的土工合成材料对于紫外线、高温等反应敏感,反折自锚加筋挡土墙一般应采用某种与该支挡结构柔性相似的材料做一外封层,例如可以采用喷浆混凝土、喷射水泥砂浆等。关于填土土压力计算和破裂面形式,一直是加筋挡土墙设计理论研究的重点内容之一,与加筋材料和填土的相对刚度等有着密切关系.一般的指导性原则:外部稳定性分析,将整个加筋复合体视为刚性体,与普通挡墙一样处理;内部稳定性分析,主要用于土工合成材料长度、间距和外端反则自锚长度;其他附属构件的设计。对于筋材与土的相对刚度较低的土工织物,但是对于相对刚度稍大的土工格栅,墙高6m的土压力计算则与上述的原则不尽相同;至于相对刚度更高的金属条带或金属网,则上述原则不再适用,而应采用经验的0.3 H破裂面,土压力计算也模式大相径庭。4、边坡加固边坡加固技术一般是采用土工棒结合土工织物的应用技术,对于自然边坡,则属于原位加固技术。土工织物常常被分为:无纺土工织物和有纺土工织物。无纺土工织物是由细丝或短纤维按定向排列或任意连列结合在一起的平面结构织物经纤维成网、纤维固着和整理加工三个工序加工而成。有纺土工织物机是两组平行细丝纱按一定方式交织而成的一种织物,按两组丝纱交织的方式有平纹、斜纹与缎纹;机织用的丝纱有平膜丝、管膜丝和裂膜丝。针织型土工织物中典型的是经编土工织物。经编土工织物是用较细的经编线在经纬线交叉点处把经纬线捆绑连起来,形成牢固的结点。经编土工织物具有较高的拉伸强度和较小的延伸率。土工织物或土工格栅铺设在边坡表面与土工棒连接,其张拉应力增加了边坡滑动体的稳定性。土工织物张拉应力的镇压作用,增加了潜在破裂面上法向应力,提高了边坡整体滑动稳定性。土工棒作为筋材穿过边坡内部潜在破裂面,类似于土钉增加了边坡稳定性。这一体系增加了边坡土体的密实程度,提高了边坡的稳定性。四、结论通过对土工合成材料在工程中应用的介绍,可得出如下意见:1)土工合成材料,尤其是新型的合成型材料,在工程中占有越来越重要地位.由于其材料特性和价格上的双重优势,应用前景广泛。2)合成材料应用于路基与不加筋边坡相比,土工格栅加筋路堤边坡大大提高边坡的稳定性和承载能力。3)合成材料加筋土技术、