土工合成材料性能指標的分類.docx

土工合成材料性能指標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，并通過實驗驗證。土工合成材料的指標一般可分為物理性能指標、力學(xué)性能指標、水力性能指標、土工合成材料與土相互作用指標及耐久性指標等。下面逐一加以簡單介紹。(一) 物理性能指標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。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)濟指標。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。 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，以百分數(shù)()表示。該指標不直接測定，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。孔隙率與厚度有關(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，但不能認為兩者水力性能相似。非織物土工織物的孔隙率遠大于織造土工織物，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)強度指標分為下列幾種：抗拉強度、握持強度、撕裂強度、脹破強度、 CBR頂破強度、圓球頂破強度、刺破強度等。在前3項試驗中，試樣為單向受力，其縱向和橫向強度需分別測定；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)指標中，最基本的是抗拉強度。 1.抗拉強度和延伸率抗拉強度也稱為條帶法抗拉強度，為單向拉伸?？v向和橫向抗拉強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)抗拉強度的應(yīng)變?yōu)橥凉た椢锏难由炻?，用百分?shù)()表示?？估瓘姸仁橇W(xué)性能中的重要指標。在各種功能的應(yīng)用中對抗拉強度都有一定的要求。當用于加筋和隔離功能時，抗拉強度是主要的設(shè)計指標，而在排水和反濾功能的工程中，抗拉強度雖不是主要指標，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，運用過程中也可能因建筑物變形而受拉，所以對強度也有一定要求。2.握持強度握持強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，進行快速拉伸。土工織物對集中荷載的擴散范圍越大，則握持強度越高，單位為N。3.撕裂強度撕裂強度表示沿土工織物某一裂口將裂口逐步擴大過程中的最大拉力，單位為N。4.脹破強度、 CBR頂破強度、圓球頂破強度、刺破強度這四個強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。脹破強度單位為kPa，其他3項強度單位為N。此外，落錐強度也屬此類，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。除抗拉強度外，其他各力學(xué)強度指標直接用于設(shè)計的情況還不多見，它們主要是做為參考指標，根據(jù)工程實際情況，便于對產(chǎn)品進行比較和選擇。（三）水力性能指標水力性能指標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。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。目前常用保土準則和透水準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，以求達到既保土又排水的目的。保土準則和透水準則由實驗得到。由于實驗時控制的條件不同，得到的準則也有差異?？砂淳唧w情況選擇準則，有條件進行模擬實驗則更好。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則，因此等效孔徑和滲透系數(shù)兩個水力特性指標是反濾和排水功能中的重要指標。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則。為判斷織物是否會發(fā)生淤堵，可進行長期淤堵試驗或梯度比試驗，前者試驗歷時達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。(五) 耐久性能指標耐久性能指標主要有耐磨