土工合成材料在地基处理中的应用

土工合成材料在地基处理中的应用 土工合成材料出现被誉为岩土工程的一次革命 它以优越的性能和丰富的 产品型式在工程建设中找到了用武之地 在地基处理工程中也发挥了重要的作 用 1 概述 土工合成材料 Geosynthetics 是一种新型的岩土工程材料 是岩土工程 应用的合成产品的总称 它以人工合成的高分子聚合物为原料 如合成纤维 合成橡胶 合成树脂 塑料或者一些天然的材料 讲它们制成各种类型的产品 置于土体内部 表面或各层土体之间 来改善土体性能或保护土体 现今 土工合成材料已经广泛应用于水利 建筑 公路 铁路 海港 环 境 采矿和军工等领域 其种类和应用范围还在不断发展扩大 今天我们提到 土工合成材料主要有六大功能 排水 反滤 加筋 隔离 防渗和防护 除此 还有约束和减载作用等 在实际工程应用中 往往是一种功能起主导作用 而 其他功能也相应地不同程度地起作用 土工合成材料的种类繁多 早期主要有透水的土工织物 不透水的土工膜 两类 近年来 大量其它类型的土工合成材料纷纷涌现 如土工格栅 塑料排 水带 土工格室 土工网 土工模袋 三维植被网 土工织物膨润土垫等 1 土工格栅 土工格栅是一种以塑料为原料加工形成的开口的 类似格 栅状的产品 具有较大的网孔 可以在一个方向或两个方向上进行定向拉伸以 提高力学性能 多用于加筋 除塑料格栅外 还有编织格栅 即用众多的纤维 形成纵向和横向肋条 中间有较大的开口空间 编织格栅采用的原料是聚酯 上面涂有一些保护材料 如 PVC 乳胶或沥青 此外 还有玻纤格栅 它是一 种编织格栅 2 土工格室 土工格室一般用长 12 5cm 宽 75 200mm 厚 1 2mm 的高 密度聚乙烯条制成 条间沿宽度用超声波焊接 焊缝间距约为 300mm 在加筋 地基现场像手风琴一样展开 展开的面积达 10m 5m 每块面积中含有数百个 独立的格室 每格直径约 200mm 在格室中充填砂砾料 振动压实后构成加筋 垫层 与土工格室垫层相比 用土工格栅可连接成平面上呈方形或三角形的空格 填充粗粒料形成更厚的垫层 土工合成材料的分类是一个动态发展的过程 当一种新产品的应用得到广 泛承认后 土工合成材料的家族也就增加了新的一员 2 基本原理 2 1 概述 土的抗拉能力低 甚至为零 抗剪强度也有限 在土体中放置了筋材 构 成了土 筋材的复合体 当受外力作用时 将会产生体变 引起筋材与周围土 之间的相对位移趋势 但两种材料之间界面上有摩擦阻力 和咬合力 限制了 土的侧向位移 等效于给土体施加了一个侧压力增量使土的强度和承载力都有 提高 2 2 筋材的应力传递 筋材一般被水平地铺在土中 当高抗拉强度 高抗拉模量的筋材和土的复 合体在荷载下发生变形时 通过二者界面引起应力传递 主要传递方式有二 依靠表面摩擦和依靠横杆的被动阻力 依靠表面摩擦的应力传递 筋材相对于上下土料位移时 抗拔情况 二者上下面的摩阻力为 f F 2bLtan 1 f F v sg 如筋材相对于上或下单界面位移时 剪切情况 则摩阻力为 f F b Ltan 2 f F v sg 两式中 b L 筋材的宽度与长度 作用于筋材上的法向应力 v 土与筋材的摩擦角 抗拔情况下应通过抗拔实验求得 剪切情 sg 况可通过直剪实验求得 一般情况下 是土的内摩擦角的 0 6 0 8 倍 sg 式 1 和 2 表明 愈大 能传递的愈大 但它最大不能超 sg v f F 过筋材的极限抗拉强度 筋材表面越粗糙 周围土颗粒越粗和带有棱角 则 越高 即还主要取决于筋材表面及周围土的性质 sg f F 一 依靠筋材横杆被动土抗力的应力传递 这种应力传递中只出现于格栅类筋材中 如由纵肋和横杆所构成的土工格 栅 在土中铺设土工格栅筋材时 一般肋的方向和土所受大主应力方向一致 当格栅与土发生相对位移时 除格栅表面有摩擦抗力外 格栅横杆侧面上还受 到与之垂直的被动土抗力 这是因为格栅有一定厚度 在格栅的孔洞内有土 石料充填之故 被动抗力可按下式估算 p F ntb 3 p F h 式中 t b 格栅厚度和孔洞的有效宽度 n 单位宽度格栅的横杆数目 单位土被动土压力 h 4 h b N v 式中 作用于格栅的法向应力 v 承载力因数 b N 值与土的抗剪强度和剪胀性有关 较少受筋材表面粗糙度的影响 Rowe b N 和 Davis 通过有限元计算 得到如图所示的和关系曲线 可供查取 b N b N 图中纵坐标 和为有效应力 图中表示土无剪胀 曲 b N h v h v 0 线表示有剪胀 上面的曲线为 Prandtl 的古典承载力解 下面的曲线为冲剪破 坏 对于格栅 除了上述的摩擦力和被动抗力外 实际上处于孔格周围的土 其剪切面也负担应力传递的功能 2 3 加筋的作用机理 加筋土中的筋材通过与土的应力传递 使土体产生相应的力学效应 故可 借助土力学原理来说明由此对土强度改善的机理 一 侧压力增量理论 无粘性土地基中 Z 深度处一个土单元所受大 小主应力 为 1 3 5 1 301 v h z K 6 0 1sinK 式中 竖向和水平应力 v h 土重度和有效内摩擦角 土的静止侧压力系数 0 K 这一应力状态如图 12 12 中圆 图中直线 S 是土的强度包线 该单元处 于弹性平衡状态 故圆 与 S 线不接触 如果由于某种原因 加入在其附近开 挖 则 M 点在竖向应力不变条件下 水平向应力却有所减小 待其降低到 3 M 点达到塑性平衡状态而破坏 这时应力圆 正好与包线相切 31a K 设想 M 点的土单元内埋有水平放置的筋材 则由前述的应力传递作用 M 点不 可能因卸载而自由膨胀 体变受到筋材约束 使筋材处于拉力状态 此时 M 点 侧压力 即图中圆 反映的状态 从而可见 M 31 K a KK 0 K 点在卸载时免于破坏得益于加筋作用 从应力圆看 是因为筋材为单元提供了 一个侧压力增量所致 3 二 表观 视 粘聚力理论 有学者进行过两种砂样的三轴剪切试验成果的对比 两种砂样为同一类砂 但一个为纯砂 另一个是在砂样中水平放置了土工织物 试验结果如图 表明 当围压 超过一定大小后 两种试样的 关系曲线基本平行 而放置 3 1 3 了土工合成材料的试样 在相同的下其破坏的轴向压力较不放土工织物有一 3 个增量 这意味着 土工织物为无粘性砂提供了一个表观粘聚力 值不 1 变 根据土的极限平衡条件 当土料具有粘聚力时 大 小主应力 R C 1 符合以下关系 3 7 13 2 pRp KCK 也已证明 如果试样中水平放置的土工织物的垂直间距为 则H 8 2 tp R RK C H 式中 土工织物筋材抗拉强度 t R 土的被动土压力系数 p K 20 tan 45 2 p K 从前述侧压力增量理论看 筋材实质上是为试样提供了一个侧压力增量 这时试样破坏的大主应力相应地增大为 3 9 133 p K 与式 7 比较得到 10 3 2 Rp CK 从式 8 和式 10 可得 11 3 t R H 这表明加筋提供了侧压力增量来源于筋材的抗拉强度 其大小相当于将 t R 该强度平均分配给高度为的试样侧面上的压力 显然如很小或筋材失效H t R 筋材被拉断或被拔出 则侧压力增量将随之消失 三 抗剪强度理论 也有将聚合纤维混入土中做加筋土称为纤维土 纤维土是用专用机械在现 场直接将纤维和砂混合而成 先讨论纤维互相平行 并垂直于土体中剪切带的理想情况 如图 原来是 垂直向的纤维由于将产生位变 纤维土中引起了拉力 如剪切带面积为 A R 纤维所占面积为 则单位土体面积内的纤维拉力为 它在垂直 f A f RR A t A 于剪切带方向的引起的压力增量为 在平行于剪切带方向上的分力使剪cos R t 切力减小 即与剪切力的方向相反 相当于使土的抗剪强度增大 土sin R t 的抗剪强度总增量为 12 costansin RR St 四 承载机理 假定土与土合成材料最初都作用在坚实的地基上 然后在合成材料下之地 基出现裂隙或孔洞 于是在外荷载及上覆土自重作用下 土工合成材料向下弯 曲 这一弯曲形成土层向下弯曲和合成材料伸长 土层弯曲在土内形成土拱 它把部分外载从裂隙或孔洞区向外转移 使裂 孔区的压力降低 土工合成材料由于伸长 起到张膜作用 并能承受垂直于表面上的荷载 由于合成材料的伸长 可以有以下三种情况 见图 a 土 合成材料系统发 生破坏 b 土 合成材料系统出现一定弯曲并跨接在裂隙或孔洞上 c 土 合成材料都沉到深坑底部 最后情况中 土工合成材料已发生部分强度承担了 垂直于土工合成材料表面的部分荷载 其余部分荷载传到深坑底部 此外 在软弱地基上 铺设土工合成材料底筋 在其上修建堤坝 土工合 成材料底筋不使填土以集中荷载形式局部陷入地基 加强地基土和填土的整体 性 它部分起到筏基的作用 使荷载应力扩散与均化 同时合成材料受荷变形 发挥其薄膜效应 使地基的承载力提高 3 土工合成材料加筋地基 土本身是一种弱胶结颗粒集合体 有时它需要一种二维或三维的连续介质 去提高其整体性 改善抗拉 抗剪性能和承载能力 这种连续介质最理想的就 是土工合成材料 3 1 简述 加筋地基是将基础下一定范围内的软弱土层挖去 然后逐层铺设土工合成 材料与砂石等组成加筋垫层做地基持力层 当筋材埋设方式和数量得当时 就 可以极大地改善地基的承载力 加筋地基成功应用的实践可概括为以下三个方面 一是土堤的加筋地基 如堤防工程 公路或铁路路堤下的加筋地基 二是浅基础地基的加筋 如油罐 或多层房屋基础加筋 特别是条形基础下的加筋地基 三是公路面层下基层的 加筋 用于提高承载力 减小车辙深度和延长使用寿命 此外 加筋地基 垫 层 可与其他各种桩基础结合形成复合地基 可用于地基加筋的土工合成材料有土工织物 土工格栅 土工格室和一些 土工复合材料 土工格栅具有均布的大空格 和土嵌锁在一起表现出较高的筋 土界 面摩擦力 故有些情况下土工格栅作为加筋材料要比土工织物效果更好 土工织物和土工格栅加筋土地基的设计包括筋材强度和层数的确定 以及 抗拉强度的选择 目前生产厂家提供的土工织物和土工格栅产品 其抗拉强度 有 20kN m 50kN m 80kN m 和 110kN m 等多种规格 由多种纤维织成的有纺织 物强度可达 500kN m 土工织物还被其他聚合物 玻璃纤维和钢纤维加筋构成 加筋土工织物复合材料 在聚合物中加入其他纤维可使强度增大 同时降低成 本 例如 玻璃纤维具有高的抗拉强度和弹性模量 同时具有高的蠕变抗力 编织进金属纤维可使抗拉强度高达 3000kN m 将其直接铺设于基层中 可提高 路面承载力 3 10 倍 土工格室加筋地基因为格室的侧限作用提高垫层的抗剪强度和承载力 另 一方面土工格室垫层相当于基础的旁侧荷载 格室厚度越大 旁侧荷载越大 从而增加的承载力也越大 当土工格室应用于公路地基时 一般在格室中充填 砂粒 用平板振动器压实 最后喷洒乳化沥青 喷洒量为 5 水渗入砂 2 L m 中 沥青小球粒在上层砂中形成磨耗层 试验表明 双轴卡车荷载行驶 10000 遍后仅留下轻微车辙 如没有土工格室 仅十遍就留下深深的车辙 3 2 加筋材料的容许抗拉强度 加筋土设计中有两种不同性质的安全系数 一是设计安全系数 二是材料 安全系数 设计安全系数即一般岩土工程计算中经常采用的对工程安全性评价 的指标 它是综合考虑了荷载组合 计算方法中的假定以及计算指标中选取的 可靠性等方面不确定性因素 而给予安全性的一个富裕值 材料安全系数过去 是一个用一个综合值 或称总体安全系数 现在则改称分项安全系数 这样才 可以明确地涉及材料的不同弱点所在 例如其强度受蠕变 施工破坏和老化影 响等 材料的抗拉强度要对各项影响系数折减 1996 年美国州公路与运输管理人员协会 AASHTO 建议 筋材的容许抗拉 强度可按下式计算 a T 13 uu a CRIDD TT T RF RFRFRF 式中 蠕变折减系数 CR RF 施工损伤折减系数 ID RF 老化折减系数 D RF 总折减系数 RF 材料的抗拉强度 取试验平均值减去 2 倍的标准差 u T 上面三个折减系数对容许抗拉强度的大小至关重要 并与原材料 荷载 土粒粗细和环境等因素有关 至今很难准确取值 3 3 条形浅基础的加筋土地基 3 3 1 筋材布置 太沙基等研究者将条形浅基础破坏时 整体滑动破坏 的地基分成三个区 即主动极限平衡区 被动极限平衡区和过渡区 并推导出地基承载力公式 14 2 ucrr b PcNdNN 从式 14 可见 由地基土的容重和抗剪强度参数 c 等参数即可计 算地基的极限承载力 但对于加筋土地基 出现了 c 和是取加筋土垫层 的参数 还是取原地基土参数的问题 答案是只有当加筋土的范围不小于完整 滑动面范围时 才能取加筋土的有关参数 筋材也应均布在该范围内才能发挥 正常功能 根据 Prandtl Reissner 理论可求得基础两侧完整滑动面总水平长度为 u L 15 tan 2 12tan 42 u Lbe 在过渡区的滑动面为对数螺旋线 求深度的极值 得滑动面最大深度为 u D 16 tan 42 cos 2cos 42 u b De 根据式 15 和 16 可求得不同的值对应的和值列于表 1 中 u L u D 它们是基础宽度 b 的倍数 表中取基地土的内摩擦角 表 1 滑动面长度和深度 o 05101520253035 b u L 77 54 144 976 067 537 5812 53 b u D 0 710 790 891 011 161 351 591 9 很多模型试验揭示地基极限承载力随筋材长度和深度增加而变化的规律 虽 然长度和深度增加值至一定值后 极限承载力增加缓慢 但只有达到表 1 所列深度和长度时 极限承载力才停止增长 实践中要求筋材的布置范围符合 最上层筋材距基底 最下层 1 2 3b 筋材距基底 筋材层数为 3 6 且长度 L 足够 此时加筋地基的破坏2 n b 表现为筋材的断裂 其断裂点在基础下方 接近筋材与压力扩散线的交点 从表 1 可看出 当从增至时 从 7 0b 增至 12 53b 筋材的增 0o35o u L 长大幅度增加了基坑开挖的工程量 而增加的极限承载力又伴随着基础的过量 沉降 故适当减短长度 损失一定的承载力是合理的 按基础两侧压力扩散线外侧筋材的抗拔出极限状态来确定筋材长度 要求 筋材容许拉力不大于压力扩散线外侧筋材的抗拔力 并且在计算筋材锚固段长 度时 忽略基底压力在筋材上附加应力引起的摩擦力 只计算上覆土重引起的 正应力 则从图得 第 i 层筋材的水平总长度为 i L 17 2tan asp ii pi T F Lb fd 式中 基础埋深 m d 土与筋材界面的摩擦系数 p f 压力扩散角 可由 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 查得 o 筋材抗拔出安全系数 可取 2 5 sp F 加筋砂垫层中砂的容重 用式 17 计算得各层加筋长度后 可取最大值 按各层等长布置 一般 长度不超过 2 5b 实际上 加筋地基的破坏形式也不是整体破坏剪切破坏 而 是沿压力扩散线的冲切破坏 这与许多研究者发现加筋地基的破坏面并非向基 础某侧发展的完整滑动面 而是从基础边缘向下方近似垂直的发展 或与铅直 方向形成一定的压力扩散角的分析是一致的 Love 等人发现 地基的压力扩散 角 并不因布置了筋材而增加 3 3 2 地基承载力设计公式 在加筋地基中 土和筋材的相对位移 或相对趋势 形成了土与筋材界面 的摩擦力 从而在筋材中产生拉力 筋材拉力对地基承载力的贡献包括以下两 个方 面 一是拉力向上分力的张力膜作用 二是拉力水平分力的反作用力所起的侧 限作用 侧限作用可根据极限平衡条件计算 具体做法是将 N 层筋材设计拉力 的水平分力除以 得到水平限制应力增量 为筋材 u D 3 cos u NTD 拉力与水平面夹角 取 即筋材变形后沿郎肯主动滑动面方向 45 2 o 为砂垫层的内摩擦角 用极限平衡条件求对应的竖向应力增量即为 3 1 提高的地基承载力 再考虑到筋材拉力的向上分力增加的地基承载力 2sin 2tan n NT b 则筋材提高的地基承载力可用下式表示 王钊 王协群 2000 年 18 2sin 45 cos 45 2 2 tan 45 2tan2 o o o a nu NT f KbD 式中 地基承载力安全系数 2 5 3 0 KK 最低一根筋材的深度 m n 考虑因埋深修正而提高的承载力和垫层压力扩散角提高的承载力 而加筋 地基增加的地基承载力设计值 a f 19 2tan 0 5 2tan n adnk n fdpf b 式中 基础埋深的地基承载力修正系数 根据地基土的分类和土性 d 指标查 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 原地基土的容重 3 KN m 相应于荷载效应组合时 基础底面处的平均压力值 k P a kP 加筋土 砂 垫层地基承载力设计公式为 20 kakR Pff 式中 垫层下软土地基承载力特征值 ak f a kP 3 3 3加筋地基设计步骤加筋地基设计步骤 加筋地基设计步骤如下 1 初步选定加筋材料 如土工格栅或土工织物 拟定其布置参数 包括 第一层到基底距离 第层到基底距离 间距 1 N n 1 1 n H N 确定填土垫层中填土的内摩擦角和容重 2 据式 18 和式 19 分别计算出加筋地基需提高的地基承载力 及要求筋材提供的承载力增量 R f f 3 按式 20 校核加筋地基的承载力 4 由式 17 得到加筋材料的长度 取最大值等长布置 i L 3 3 4 加筋地基的沉降加筋地基的沉降 在地基承载力满足设计要求的前提下 对于需要进行变形验算的建筑物还 应作变形计算 即建筑物的地基变形计算值 不应大于地基特征变形允许值 地基变形由两部分组成 一是加筋体的变形 该变形可忽略不计 二是其 下软土层的变形 变形的计算方法可采用 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 中最终沉降量的计算公式 沉降计算压力为扩散于处的 n 压力 应指出的是多层筋材地基可显著减小沉降量 而堤基下一层筋材减小沉降 作用是可以忽略不计的 它仅能起到部分均匀堤中心和两侧沉降差的作用 3 4土工格室加筋地基 格室通过每个单元的箍力来增强体系的承载力 甚至不需要初始变形即可 发挥加筋作用 土工格室提高承载力的机理在于格室侧壁的摩擦和限制力不仅 增加了土体围压 还使之获得了 准粘聚力 研究发现承载力随格室材料强度 的增大而提高 并且单个格室的高宽比在 1 5 1 0 范围内时加筋效果较好 当 格室侧壁有斜纹 穿孔时 还可进一步提高承载力 侧壁的穿孔兼排水 允许 根系横向发展的作用 同时减小材料消耗 美国著名学者 土工合成材料专家 R K Koerner 根据 Terzaghi 理论提出了 土工格室加筋地基承载力的计算 认为土工格室的限制作用使得地基破坏面向 下延伸 扩大了滑动面范围 承载力计算公式及改进的公式为 不带土工格室 21 0 5 uccrr PCNbN 带土工格室 22 20 5 q uccqqrr D PCNqNbN r 其中 qq qD ha pK 式中 地基极限承载力 u P a kP 旁侧荷载 q a kP 粘聚力 C 格室内土的容重 q 3 KN m 土工格室厚度 q Dm 土工格室设充砂后呈圆环形 圆环的半径 rm 破坏区土的容重 3 KN m 土工格室内土的平均水平应力 h a kP 主动土压力系数 a K 为承载力系数 与土的内摩擦角有关 c N q N r N 为基础底面形状修正系数考虑基础为条形基础假设的误差 建 c q r 议采用魏锡克 A S Vesic 地基极限承载力公式中给出的基础形状因数计 算公式 土与格室侧壁间的摩擦角 o 3 5土堤的加筋土地基 位于软土地基上的堤 包括堤坝和路堤 其加筋土地基有两种结构形式 一是平铺的土工织物或土工格栅 又分为在地基表面平铺一层 或挖除部分软 土 分层平铺数层筋材 各层筋材间铺设砂砾料构成加筋土垫层 或在堤身内 部由底向上平铺数层加筋材料 二是土工格栅框格垫层 两种结构形式的设计 方法基本是一致的 土堤加筋土地基可能产生的破坏形式有 1 堤和地基整体滑动破坏 2 土堤的堤坡部分沿着筋材表面水平滑动 3 基土挤出破坏 4 地基 承载力不足产生过大的沉降 应针对防止每一种破坏形式的发生 提出相应的 设计方法 3 5 1整体滑动 1 楔体分析法 将堤坡下的土体连同软土地基视为一整体 参见图中的脱离体 ABGP 其上的 受力有 22 2 2 aa H EKqH 筋材拉力取容许抗拉强度 如为层 则拉力为 则有 a TN a N T 23 2 2 f afu D EHqDC D 24 2 2 2 f pfu D EC D 25 fu SC l 式中 堤顶均布荷载 qkPa 软基土的不排水抗剪强度 u CkPa 由脱离体 ABGP 的受力平衡可得到抗滑动安全系数为 26 afpf s aaf NTSE F EE 要求 1 5 s F 脱离体分析法给出的结果偏于安全 但当软基土较厚时 分析结果不可靠 建议用圆弧滑动分析法 2 圆弧滑动分析法 当堤基下软弱土层较深时 滑动面可能贯穿基土和堤身 设计采用修正的 圆弧滑动分析法 这个方法的要点是先计算出没有加筋材料时最危险圆弧的位 置 并假定加筋后滑弧的位置不变 筋材拉力的方向与滑弧相切 则抗整体圆 弧滑动的安全系数为 27 costan sin i iiii s ii ClWT F W 式中 筋材材料提供的切向加筋力 取筋材的容许抗拉强度 T 第 i 分条的土重 i W kN m 第 i 分条滑弧所在土层的粘聚力 i CkPa 抗整体圆弧滑动的安全系数要求不小于 1 3 s F 应编制程序自动搜索最危险滑弧的位置 并计算安全系数 如果有些层的筋材没有满铺 处于滑弧以外 稳定土体侧 的筋材应具有 足够的锚固长度 即校核筋材在容许抗拉强度的拉力作用下抗拔出的稳定性 3 5 2 堤坡滑动 滑动土坡楔体上受力如图 滑动力 抗滑动力为 2 2 aa EKH 考虑两者的平衡 并取抗滑安全系数为 2 0 可得 tan 2 sg Hl 28 2 tan a sg K H l 其中 2 tan 45 2 o a K 式中 为主动土压力系数 为堤土与加筋材料的界面摩擦角 a K sg 3 5 3 基土挤出 堤坡下地基土体的受力情况于图中 其中挤出力为主动土压力 抗挤 af E 出力有三个 一是被动土压力 还有筋材对软基土和硬基土对软基土的摩擦角 及 g S f S 29 2 2 f afafuaf D EHqDKC D K 30 2 2 2 f pfpfupf D EKC D K 31 tan 2 gsg H Sl 32 tan 2 ffff H Sl CD 其中 2 tan 45 2 fo af K 2 tan 45 2 fo pf K 式中 为软基土的主动土压力系数 被动土压力系数 筋材和软基 af K pf K sg 土的界面摩擦角 软弱基土抗挤出的安全系数为 33 pfgf s af ESS F E 要求 1 5 s F 3 5 4 承载力校核 铺设于堤基的筋材 其作用主要是隔离 只要筋材有足够的拉伸变形 则 可适应大的下垂变形 而不断裂 使堤身整体且均匀的沉降 堤两侧的基土受 挤压隆起 产生如下作用 1 埋深增加而提高承载力 2 两侧地基土挤压排水 抗剪强度提高 3 沉降底面为垂线型 中间大 两边小 对堤身顶部有挤压作用 减小 堤顶形成纵向裂缝的可能性 如果用圆弧滑动分析法 考虑到堤顶无裂缝和堤身沉到地基内的部分 则 通过堤身的滑弧增长 而堤身土的抗剪强度是较高的 此外 因两侧地基土隆 起也延长了滑弧 因挤压排水 也提高了抗剪强度 总的作用是提高了抗滑稳 定的安全系数 4 土工合成材料在地基处理工程中的其他应用 4 1 过滤和排水 很多土工合成材料具有良好的过滤性 透水性和导水性 因而 在土体中 需要设置过滤或排水的地方都采用土工合成材料 为了加速软土地基固结 常 用塑料排水带来代替传统使用的砂井 土工织物代替水平砂垫层 土坝下游坡 角和坝基以及挡土墙背面的过滤排水材料可以用土工织物代替常用的砂石料 1 过滤 在过滤运用中 水流方向垂直于土工织物平面 一般以垂直渗透系数或 n K 透水率来衡量其透水能力 其中为土工织物的厚度 n g K g 土工织物的过滤机理是很复杂的 早期 人们把土工织物的过滤作用等同 于传统的天然粗粒材料的过滤作用 在保土方面是利用土工织物具有足够小的 孔径来阻挡被保护土中骨架土料的通过 其后 又有一些研究者提出了一些新 的机理 这些机理包括 上游天然滤层的形成 堵塞 成拱 淤堵 深处过滤等 根据这些机理的相互作用 人们认为土工织物本身并不起过滤中的保土作用 而是在靠近土工织