土工合成材料性能指標(biāo)的分類.docx

土工合成材料性能指標(biāo)的分類土工合成材料被廣泛應(yīng)用于水利和巖土工程的各個領(lǐng)域。不同的工程對材料有不同的功能要求，并因此而選擇不同類型和不同品種的土工合成材料。為使土工合成材料在施工期和運(yùn)用期能正常工作，必須有合理的設(shè)計方法和使用規(guī)范，統(tǒng)一的設(shè)計指標(biāo)，并通過實驗驗證。土工合成材料的指標(biāo)一般可分為物理性能指標(biāo)、力學(xué)性能指標(biāo)、水力性能指標(biāo)、土工合成材料與土相互作用指標(biāo)及耐久性指標(biāo)等。下面逐一加以簡單介紹。(一) 物理性能指標(biāo)1.單位面積質(zhì)量單位面積質(zhì)量，系1平方米土工織物的質(zhì)量，稱為土工織物的基本質(zhì)量，單位為g/m2。它是土工織物的一個重要指標(biāo)。對于任何一種系列產(chǎn)品來說，土工織物的單價與單位面積質(zhì)量大致成正比，其力學(xué)強(qiáng)度隨質(zhì)量增大而提高。因此，在選用產(chǎn)品時單位面積質(zhì)量是必須考慮的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。2.厚度 指土工織物在2kPa法向壓力下，其頂面與底面之間的距離，單位為mm。土工織物厚度隨所作用的法向壓力而變，規(guī)定2kPa壓力表示土工織物在自然狀態(tài)無壓條件下的厚度。由圖1-12可見不同類型土工織物的壓縮量差別很大，其中針刺非織造土工織物的壓縮量最大。因此，當(dāng)考慮非織造土工織物水力特性時，必須注意到上覆壓力變化使水力特性變化的特點(diǎn)。 3孔隙率定義為非織造土工織物所含孔隙體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)()表示。該指標(biāo)不直接測定，由單位面積質(zhì)量、密度和厚度計算得到。 土工織物常用原材料的密度為：聚丙烯0.91g/m3，聚乙烯0.940.96g/m3，聚酯1.221.38g/m3，聚酰胺1.051.14g/m3，聚乙烯醇1.261.32g/m3，聚氯乙烯1.39g/m3?？紫堵逝c厚度有關(guān)，所以孔隙率也隨壓力增大而變小。有時織造和非織造土工織物的孔徑和滲透系數(shù)很接近，但不能認(rèn)為兩者水力性能相似。非織物土工織物的孔隙率遠(yuǎn)大于織造土工織物，因此其具有更好的反濾和排水性能。(二) 力學(xué)性能指標(biāo)針對土工織物在設(shè)計和施工中所受荷載性質(zhì)不同，其力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)分為下列幾種：抗拉強(qiáng)度、握持強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、脹破強(qiáng)度、 CBR頂破強(qiáng)度、圓球頂破強(qiáng)度、刺破強(qiáng)度等。在前3項試驗中，試樣為單向受力，其縱向和橫向強(qiáng)度需分別測定；而后4項試驗中，試樣為圓形，承受軸對稱荷載，縱橫雙向同時受力。在上述眾多力學(xué)指標(biāo)中，最基本的是抗拉強(qiáng)度。 1.抗拉強(qiáng)度和延伸率抗拉強(qiáng)度也稱為條帶法抗拉強(qiáng)度，為單向拉伸?？v向和橫向抗拉強(qiáng)度表示土工織物在縱向和橫向單位寬度范圍能承受的外部拉力，單位為kN/m。對應(yīng)抗拉強(qiáng)度的應(yīng)變?yōu)橥凉た椢锏难由炻剩冒俜謹(jǐn)?shù)()表示?？估瓘?qiáng)度是力學(xué)性能中的重要指標(biāo)。在各種功能的應(yīng)用中對抗拉強(qiáng)度都有一定的要求。當(dāng)用于加筋和隔離功能時，抗拉強(qiáng)度是主要的設(shè)計指標(biāo)，而在排水和反濾功能的工程中，抗拉強(qiáng)度雖不是主要指標(biāo)，但由于鋪設(shè)過程中會受到扯拉、頂壓、撕破等各種施工荷載，運(yùn)用過程中也可能因建筑物變形而受拉，所以對強(qiáng)度也有一定要求。2.握持強(qiáng)度握持強(qiáng)度表示土工織物抵抗外來集中荷載的能力，試驗時僅1/3試樣寬度被夾持，進(jìn)行快速拉伸。土工織物對集中荷載的擴(kuò)散范圍越大，則握持強(qiáng)度越高，單位為N。3.撕裂強(qiáng)度撕裂強(qiáng)度表示沿土工織物某一裂口將裂口逐步擴(kuò)大過程中的最大拉力，單位為N。4.脹破強(qiáng)度、 CBR頂破強(qiáng)度、圓球頂破強(qiáng)度、刺破強(qiáng)度這四個強(qiáng)度的試驗都表示土工織物抵抗外部沖擊荷載的能力，其共同特點(diǎn)是試樣為圓形，用環(huán)形夾具將試樣夾?。黄洳顒e是試樣尺寸、加荷方式不同，各試驗示意圖見圖1-13。不同頂桿尺寸模擬不同頂壓物，如塊石、樹枝等。脹破強(qiáng)度單位為kPa，其他3項強(qiáng)度單位為N。此外，落錐強(qiáng)度也屬此類，其試樣尺寸與CBR相同，試驗時一個重1kg的圓錐自50cm高處自由落下，測定試樣被刺破的孔洞尺寸，單位為mm，該試驗重復(fù)性較差。除抗拉強(qiáng)度外，其他各力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)直接用于設(shè)計的情況還不多見，它們主要是做為參考指標(biāo)，根據(jù)工程實際情況，便于對產(chǎn)品進(jìn)行比較和選擇。（三）水力性能指標(biāo)水力性能指標(biāo)主要為等效孔徑和滲透系數(shù)，是土工織物兩個很重要的特性指標(biāo)。由于土工織物是與土共同工作的，對織物的基本要求是既能保土又能排水，這就要求土工織物的孔徑很小(能擋住土)而排水又很通暢，兩者看來是有矛盾的，而土的多變性更增大了問題的復(fù)雜性。某一土工織物對這種土是合適的，而對另一種土未必也是合適的。目前常用保土準(zhǔn)則和透水準(zhǔn)則來選擇土工織物的等效孔徑和滲透系數(shù)，即將土工織物的等效孔徑和土的特征粒徑建立關(guān)系式，同時將織物的滲透系數(shù)與土的滲透系數(shù)建立關(guān)系式，以求達(dá)到既保土又排水的目的。保土準(zhǔn)則和透水準(zhǔn)則由實驗得到。由于實驗時控制的條件不同，得到的準(zhǔn)則也有差異?？砂淳唧w情況選擇準(zhǔn)則，有條件進(jìn)行模擬實驗則更好。鑒于目前仍以保土和透水作用做為選擇土工織物反濾層的準(zhǔn)則，因此等效孔徑和滲透系數(shù)兩個水力特性指標(biāo)是反濾和排水功能中的重要指標(biāo)。1.等效孔徑(表現(xiàn)孔徑)以土工織物為篩布，用某一平均粒徑的玻璃珠或石英砂進(jìn)行振篩，取通過土工織物的過篩率(通過織物的顆粒質(zhì)量與顆?？偼斗帕恐?為5(留篩率為95)所對應(yīng)的粒徑為織物的等效孔徑O95，表示該土工織物的最大有效孔徑，單位為mm。用同樣的步驟，則相應(yīng)得到O85、 O50和Ol5的孔徑值。土工織物的孔徑分布曲線形狀與土的顆粒分布曲線相似 。2.垂直滲透系數(shù)和透水率垂直滲透系數(shù)為水力梯度等于l時，水流垂直通過土工織物的滲透速率，單位為cm/s。透水率為水位差等于1時的滲透速率，單位為1/s3.水平滲透系數(shù)和導(dǎo)水率 水平滲透系數(shù)為水力梯度等于1時水流沿土工織物平面的滲透速率，單位為cm/s。導(dǎo)水率為沿土工織物單位寬度內(nèi)的輸水能力，單位為cm2/s。(四) 土工織物與土相互作用性能指標(biāo)1.土織物界面摩擦系數(shù)埋在土中的土工織物，通過土織物界面摩擦力將外荷傳遞至土工織物，使土工織物承受拉力，形成加筋土。工程實例有加筋土擋墻、堤基加筋墊層等。按試驗方法可分為直剪摩擦系數(shù)和拉拔摩擦系數(shù)。2.土 織物滲透特性 土織物聯(lián)合應(yīng)用時，如何使土工織物能長期保持良好的保土及排水性能，不發(fā)生淤堵，目前還沒有滿意的理論準(zhǔn)則。為判斷織物是否會發(fā)生淤堵，可進(jìn)行長期淤堵試驗或梯度比試驗，前者試驗歷時達(dá)5001000h，后者需測試24h或更長。兩種試驗都還存在一些問題，有待積累經(jīng)驗逐步改進(jìn)。(五) 耐久性能指標(biāo)耐久性能指標(biāo)主要有耐磨