堤防工程土工合成材料应用技术三

堤防工程土工合成材料应用技术(6）简介：千百年来，在水利工程中，人们广泛采用的材料主要是木、竹、土、石等天然材料以及一些金属材料，但它们都有一些固有的缺陷，例如性能单一，质量大，寿命不长，价格昂贵等，故不能全面满足工程的特定需要。同时天然材料毕竟数量有限，而且不少天然植物材料如过分利用还会影响自然界的生态平衡，破坏人......关键字：堤防工程土工合成材料应用诸第尘二饿章株毁土工合成桃材料的功阁能和设计风原则涨

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土工合成材料具有多方面的功能，一种土工合成材料往往就兼有数种功能。随着土工复合材料的发展，所兼有的功能就更多。总的说来，土工合成材料的主要功能可归纳为六类，即反滤功能、排水功能、隔离功能、防渗功能、防护功能以及加筋和加固功能。现分别加以叙述。有关各种材料在不同工程中的应用原则和施工方法参阅后续各章。第一节反滤功能一、反滤作用当土中水流过土工织物时，水可以顺畅穿过，而土粒却被阻留的现象称为反滤(过滤)。反滤不同于排水，后者的水流是沿织物表面进行的，而不是穿越织物。当土中水从细粒土流向粗粒土，或水流从土内向外流出的出逸处，需要设置反滤措施，否则土粒将受水流作用而被带出土体外，发展下去可能导致土体破坏。土工织物可以代替水利工程中传统采用的砂砾等天然反滤材料作为反滤层(或称滤层)。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。二、典型应用(举例)堤坝工程中可以用土工合成材料作滤层的情况很多，以下是一些常见的使用场合。（1）堤坝粘土斜墙和粘土心墙的反滤层。（2）堤坝内部和下游排水体滤层。（3）渠道、堤防、海岸等乱石或混凝土板护面下的滤层。俗罢（努4猫）水闸分星缝处、下忠游护坦、瑞河漫下的税滤层。冒斤（时5亏）挡土墙揭、岸墙等傻背面排水凭系统中的跟滤层。难宏（皮6楚）排水暗容管或排水图暗沟外面砌的包裹体吩。钳异（洗7笑）减压井遣或测压管增的外裹体抛。缝悼以上应用翼的示意见烂图满2-贱1殿。浊近此外，公迫路和机场刘跑道的基却层，铁轨责下道渣与秀土基间的缝隔离层等周，也都同覆时要求反撤滤功能。绪图压2-道1那反滤作用糕应用情况党示意图三、反滤和淤堵机理以往的直观概念都认为土工织物起反滤作用等同于过筛作用，后来的研究却证明土工织物所以发挥反滤功能主要是由于它具有促进天然滤层形成的“催化”作用。另外，当土工织物作为滤层而长期作用时，发现有淤堵现象，从而使其反滤作用减弱或至消失。为此需要弄清淤堵的成因，方能有效地防止淤堵发生。（一）反滤机理鄙稍土工织物到的反滤作著用可以用涌图俯2-罩2艘来说明。膀图中左侧嫁为大孔隙具堆石体，殃右侧为被牙保护土，殿二者之间傲夹有起反扶滤作用的址土工织物材。当水流档从被保护富土自右向锁左流入堆蓝石体时，栋部分细土验粒将被水疲流挟带进暖入堆石体虽。在被保除护土一侧岛的土工织新物表面附助近，较粗说土粒首先逝被截留，谱使透水性育增大。同绞时，这部行分较粗粒涉层将阻止扑其后面的细细土粒继港续被水流成带走，而旺且越往后平细土粒被怖流失的可走能性越小端，于是就由在土工织积物的右侧捎形成一个仆从左往右带颗粒逐渐镜变细蒜的瞒“删天然反滤侦层将”枣。该层发鸽挥着保护文土体的作铜用。可见兰土工织物闷的存在只激是起了促趁成天然反掩滤层形成摩的赢“始催棒化利”掉作用绒。副以诉团(麦二姓)忘么淤堵机理艘杯土工织物访中的孔道必被堵塞，撇过水面积科减小，渗深透性下降影的现象称挂淤堵。形渴成淤堵的登原因可分鞭为机械淤苹堵、化学竿淤堵和生值物淤堵。廊一般情况捡下，机械予淤堵为主恩要形式。援图像2-2皱绍反滤机理忧示意图倡1腹—慰排水体忌；逮2摘—扔土工织物艺；舌3柔—晴“藏天粉然抬”蕉反滤层攻；墓4屑—纲原土体机械淤堵是土体中的细颗粒随水流进入土工织物孔隙中，并停留其中，随时间增长，停留的细粒愈来愈多，织物的透水性愈来愈小。化学淤堵是由于渗流水中的各种离子，受化学作用形成不溶于水的化合物，如CaC03、Fe02等，停留于织物孔隙中，减少水流通道从而降低织物的渗透性。生物淤堵是土体或土中水内的藻尖、菌头微生物和有机质在织物孔隙中滋长繁殖，堵塞孔隙所造成。浪化泡淤堵对织渗造型和非赞织造型土段工织物有伟着不同影絮响。织造同型织物孔讨口通道单冈一，管状遇通道间不亦连通，故采孔口或通皂道内任一分处被堵塞携，整个通抗道即不通摇。针刺非砍织造土工危织物则兼扒有垂直和框水平结构顿，而且它环们之间是宝相通的，椅织物孔隙海呈迂回树较枝状的立玩体结构，物水分进入牌后即可相纷互串通，盈所以即使醋大部分孔嫩隙被堵塞杰，仍可保泡持相当的摧透水性。植勺四、反滤宗设计准则持沃为了让所贷选用的土婆工织物能舟长期发挥你反滤作用棒，对织物蚀应该提出往一定的要振求。正像验以往采用宋粒状土姥料萝(供砂砾将料杠)青作反滤层窃时那样，膛应使土料侄粒径符合赴一定的准袜则。对用攀作反滤的社土工织物箱，基本要汤求如下，债焰(1绝)世被保护的届土料在水盗流作用下敏，土粒不肝得被水流惊带走，即解需要瓦有布“胡保土敢性沸”觉，以便防污止管涌破素坏。锈才(2征)俩水流必须诵能顺畅通最过织物平舞面，即需于要竿有午“叨透水罗性幼”寻，以防止弟积水产生扩过高的渗唐透压力。枝聋(3圈)仪织物孔径竞不能被水摄流挟带的泊土粒所阻举塞，即要宵有涌“译防堵予性映”誉，以避免土反滤作用葱失效。抱庄扔(供一朱)仰塘保土性准协则颂然既然要求恭织物保土贞，则织物鼻的孔径与结土的粒径忧之间就必笑须符合一麻定的关系述。孔径过搂大，土粒欢会穿过孔外洞而流失训；过小又右妨碍透水墨和容易被偶堵塞。浆枪借鉴传统绞的粒状土屋反滤层的把保土要求闪，并依据祸众多的试莲验研究表猴明，为了崭保土，织奏物的某等编效孔贡径效O诚e栏和被保护却士的特征没粒炉径京d杨85暴之间应该挨符合以下测关系：往O示e饲≤吧nd禽85各(立2-1)天式恋中柱O若e傍是一个由职试验测得父的等效孔泥径值。目件前国内外膀采用最多踢的蓝是西O易e档＝绒O里95揪，或畅者校O喇e酷＝航O寒90秆。滨O听95雷和按O鹿90蛛之间的统哭计关系队为浅O谢95评/O五90鱼≈泉1.孩2锻。祥d城85误是被保护艰土的一个缸特征粒径哭，可从被抗保护士的柴颗粒分析势试验曲线嗓上查得，岩它表明土姓中粒径小勾于该值的叫颗粒的质碍量是全土膜质量峡的售8抽5坚％。而式慰中旧的晃n贵则是与土肿中的细转粒廊(耽土粒粒衣径矮d执≤百0.07棚5m病m锦的部棍分姻)拉含量和不仙均匀系护数看C愧u叛(板＝状d赢60泪/d迈10隶)星等相关的碧经验系数急。熔献冷SI/T研22裙5鸟—塘9棵8从《水利水亲电工程土朗工合成材液料应用技谋术规范》途规定膊，戒O申e债＝泻O群95割，匪n菜一般交为紫1泄～洲2蜻，选用该蹦值的详细并规定请参禾考该《规种范》。必啦须指出，恼以上病对川n钓值的规定望是针对一练般水流情肿况而定的摆，对于较排为复杂的饥情况，例远如对有往洁复水流或逐有动力作台用的情况粮，则织物鞭的孔径应金该要求大气一些。因只为在往复给水流情况禽下，织物午的保土侧捡难以形输成粉“好天然反滤卵层贱”崇；对有浪殃击的情况团，负压会猫通过织物尽孔隙对土枕产生抽吸龄作用，等施等。鉴于裳上述情况翅，扛故盛SL/T燕22象5跪—劣9骆8然对此作出镰如下规定捧：股O蹈95妄≤睛0.5d更85属(渠2-2)赞另外鞋在一些特裤殊场合的洞特殊工程亭，如防汛些抢险，往蜓往要求滤唯层中水流忠十分畅通世，此时需胁要采用孔携径较大的爆材料，有扔时甚至采台用窗纱来顺做反滤。善稻棚(丸二且)休涌透水性准筒则枣雁目前对土雨工织物透脏水性的要普求，是以源织物和被苦保护士的绞渗透系数毒的相对关巧系来表示戒。规范对夹此作了如顽下规定：黑历(1老)嫌被保护土察级配良好贸，水力梯大度低和预驴计不致发撕生淤爪堵希(蓄中粗砂街等劫)倍时浓K狭g薯≥法K般s营(驼2-3)吊颗(2寸)产若排水失符效会导致始土体结构还破坏，且伟修理费用铜高，或水舞力梯度高森，流态复老杂等情况许K臂g币≥季10K智s赤(寨2-4)粒以上二式渐中抢的构K细g设和桨K件s俘分别为土滨工织物和探被保护士茶的渗透系省数。映有的煎标准要求奋比塘式疲(2-4脉)论中半1留0胳更大的系眼数，是考分虑土工织散物在实际叛工作中，活其渗透系武数可能会伏由于织物坐被阻塞或般受压变薄绞而降低的奖情况发生尸。湾钢(深三城)牺规防堵性准蓄则恨谦为防止土刻工织物在岸长期工作戚中被淤堵嗽，应该用干选定的织洪物和被保前护的现场督土料作较阳长期试验离来检验。通这样做费慧时费事，秧因钳此属SL/T摘22仪5碍—衔9此8薯对于土工产织物防堵耗性提出了棍以下要求例：养哈(1蹦)网被保护土戚级配良好装，水力梯波度低，流装态稳定，尸修理费用呀小及不发润生淤堵时棵O预95剃≥父3d损15饱(四2-5)叫式中带：温d踢15抛为被保护载土的特征性粒径，即难土中小于灯该粒径的烂土质量占闲总土质量旋的丸1领5衬％拌，所m牲m悄。紫慕(2朝)驻被保护土叨易管涌，卡具有分散倡性、水力扒梯度高、晌流态复杂芒、修理费葵用大的情观况。振竖勺1)给宾被保护土到的渗透系颠数律K娘s岂≥贝10坏-5弱cm/乓s掉时钱G真R旗≤票3乳(菊2-6)洒式中淋：冷G障R虚为梯度比概；输K许s私为土的渗晕透系数。珠刑填2加)趣被保护土优的渗透系链数并K易s粗≤疮10鬼-5族cm/物s踪时，应以耻现场土料离进行长期枣淤堵试验啦，观察其纽淤堵情况遥。蓝苍晃这里需要财解释一缸下舅“字梯度芬比踪”询的意义。汗梯度比是感美国陆军巴工程师团叔为了用较该短时间判井断土工织眯物滤层的锹工作状态若而建议的格一个指标景，由淤堵笑试验装置积测定，如师图馆2-蓝3俘。图中员的抬6饼代表待测徒定的土工玩织物，它咳被安放在错作为支承筹体的透水司铜丝厉布烤7岛上。织物猜上面是由介现场取来鸟的并按要局求压实的小土。在织态物上姥面荐25m求m剂和再上易面陈50m炉m吹处的试验王筒两侧壁膜上，各安渠装有测压杰水陶管溜(琴同一高程笋两侧各设求一管是为坡了取其平体均值作为陕测读水洪位诞)胖，试验筒桃顶不断供堡水，使水爬流通过土亿体、织物其，由图中晋的调节贿管脚8咐排出。量槽测通过上筋面皱50m射m台土层后测哪压管的水浪位差，计搅算出相应风的梯属度滩i周s览；同样量僚测通过下茧面涨25m啊m驳土层和土浙工织物的馋测压管水宵位差，计踪算出相应伤的梯池度右i肯sg锡。后一梯门度对前一帅梯度的比南值，印即赚G担R扯＝彻i扬sg垒/i牧s算称为梯度简比朱。磁饱红番G础R痕≤吃3尤的准则可雁以转化为辜渗透系数熄的概念。浓按此，应月该有Ksg/Ks＞1/3(2-7)式中，Ksg为织物的渗透系数，Ks为土的渗透系数。可见，为了防堵，水流通过土和织物的渗透系数要求大于纯土的渗透系数的1/3。容图厕2-抖3吉淤堵试验失装置示意鼻图杆1热—短供水管和酸供水阀门芽；势2恒—既渗透仪上驳盖划；钥3猎—算溢水管和免止水夹厅；激4斤—轻渗透仪上笋筒犹；蹦5蔑—光土样变；仓6惭—屠土工织物贫试样宣；虾7刮—秧两层铜丝队布主；怠8红—芝调节管和倚止水管舒；派9勒—匀漏斗和集熊水管非；盲1栏0局—掠量筒稍碰浪附带说明符，上面所灵述的和其熟他一些现徒有的保土妹准则都是赏针对非织谜造型土工眼织物制定未的。对于山织造型土漠工织物，蒸现在还没丹有公认的遵准则犹，讽SL/晨T22揪5范—仰9潜8慌的条文说吓明中介绍堵了部分单膜位的经验跟，可供参联考。另外代，为了防风堵，许多璃专家主张呈，采用的善土工织物冒的孔径宜风较准则要柴求的适当础加大。乏五、设计板要点扣疏采用土工梨织物作为妙反滤层时巷，首先要懒求选用的茅材料必须奋满足反滤屡准则；其杨次，它们膀在铺设后秧必须是稳露定的；再脆次，虽然坦它们并不例是作为受学力部件来电作用，但辜需要有一椒定的强度讲，应能承糊受施工应毛力和可能绢遇到的其程他荷载。站因此一般彩的设计应烤该包括以拣下内容。沿时徐(歇一涨)经帝提供必要补的基本数纺据广薪1饺.匆被保护土潮的主要物坊理力学性欠指标折俭被保护土纷的主要物溜理力学性胡指标包括英：土的分资类、颗粒仆分析曲浪线止(碑由此可查寺取土的特句征粒宁径慰d岩85尊、渗d近60略、统d夏15肢、梦d修10隆…兼)体、土的不钩均匀系蛾数疏C论u躺＝剑d许60添/d奉10醒、土的渗羽透系兰数错K针、土的抗浸剪强度指失标、土的辨化学成分烈等，它们戒可由试验奋确定。咬席吹2惹.估填土的性客质指标裤填土的性泻质指标即叨回填土的搁击实试验槽曲线，从尖曲线上确故定填土的愤最大干容危重萌γ击dmax辆和最优含弟水印率巷W副op密。陈责倚3挖.护待选土工筑织物的性拦质指标爸灰水待选土工性织物的性玻质指标包草括土工织学物的单位而面积质协量脚M咐、等效孔隐径于O重95战、垂直渗肯透系夏数苗K获υ艺、水平渗拳透系沾数贡K蜂h那、抗拉强修度以及由钥淤堵试验巷测得的梯马度侦比毁G受R柴等。假恳(菌二答)滚促一般的强曲度要求