土工合成材料文件

土工合成材料课程组一、概述土工合成材料的含义？土工合成材料是一种（类）材料的名称？土木工程材料？土工合成材料是指土工中应用的合成材料的总称GeotechnicalengieeringSyntheticmaterial（一）中国土工合成材料发展概述一、概述土工合成材料名称由来：土工合成材料（geosynthetics）是一种新型的岩土工程材料。是以高分子聚合物，如塑料、纤维、橡胶等为原材料制成的各种类型产品的统称。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。早期产品主要是透水的土工织物（俗称土工布）和基本不透水的土工膜以及组合产品，所以称为：土工织物、土工膜和相关产品。随着工程建设需要和制造技术发展，产品种类不断扩展，1994年在新加坡召开的第5届国际土工合成材料学术讨论会议上正式确定为：土工合成材料。发展简史一、概述1、取优质黄泥，打碎2、将稻谷草剁成一节一节的（大约3—5厘米长）3、将稻草节与碎黄泥拌匀4、用米汤水加入搅拌（清水也行）、好几个人在里面用脚踩，直到完全完全和匀且有些粘稠！5、用一个木头制成的模子，把泥舀到里面，用手按实，把模子提起来，地下就是一块成型的土砖6、待自然干后用来垒墙发展简史以天然植物作为岩土工程材料，已经有几千年的历史。如：茅草作为土的加筋材料，在我国北方的大部分地区仍在沿用。荷兰在水利工程上，大量利用柳条加固堤防，防止冲刷。但天然植物易于腐烂，不能耐久；金属容易锈蚀；到20世纪30年代，塑料、合成纤维和合成橡胶问世。土工合成材料随化学工业聚合物的发展和工程拓展而兴起，其应用技术则依赖于岩土力学基本原理。创始人之一吉劳德教授（Dr.Giroud.J.P.）曾誉为“可能是岩土工程历史上的一次重要革命”。一、概述发展简史土工合成材料开始应用的确切年代已难以考证。只能从部分早期有里程碑意义的工程事例中知其大概；上世纪30年代，聚氯乙烯土工膜已被应用游泳池防渗；1953年美国垦务局开始用聚乙烯膜于渠道防渗；前苏联也较早地在渠系上铺设设低密度聚乙烯膜；1958年美国佛罗利达州在海岸块石护坡下展铺土工织物作反滤护垫，至今被认为是近代史土工织物应用的发端。1952~1953年荷兰遭遇特大风暴，造成重大生命财产损失，灾后启动著名的三角洲工程，这个项目动用了大量的早期的土工织物，因此大大推动了土工织物的发展。于1968年，荷兰又开发研制成双层土工织物缝制成的用于护岸的砼模袋。一、概述发展简史1968年法国的罗纳.普朗克（RhonePoulenc）公司首创无纺土工织物，可替代传统的砂砾料用作滤层，使土工织物的应用领域广为拓展；上世纪八十年代初英人麦瑟（Mercer）发明了以聚合物制成的至今仍为土加筋的最佳材料的土工格栅（geogrid）。七十年代末有了塑料排水带，替代砂井用于软基排水固结。以有纺织物制成的大直径大长度的土工管袋，可容纳疏浚泥沙、淤泥等物，脱水固结，形成连续大体积土管袋，可作岸边的防冲障墙，也可建成河工丁坝、顺坝，以及围垦造地、兴建人工岛。一、概述发展简史八十年代后期，大体积土工包产生，土工包放置在开底船上容纳废弃物、疏浚土料等后封闭，靠GPS定位系统运到指定水域，开启船底投放，修成水下稳定平台、防波堤等，或控制海底侵蚀和建潜坝结构等。为了改善生态、保护环境，各种三维土工网垫相继问世，可用于坡面植草。环保问题的高度重视，不仅防渗用土工膜及应用技术有了很大的改进，也促成了土工合成材料膨润土垫（GCL）的研制成功，GCL结合土工膜构成垃圾填埋场的防渗系统。并逐渐推广到渠道、水池和人工湖等防渗。一、概述发展简史•1998年我国遭受了特大洪水灾害，国家领导人多次批示要在长江防洪抢险和修复堤坝等水利工程中，大量的采用土工合成材料，并取得了良好的效果。•1999年水利部在全国范围内选定了50项水利工程应用土工合成材料的示范工程，进一步推动了我国土工合成材料的应用与发展。1984年10月中国成立了“土工织物协作网”;•1990年中国正式加入“国际土工合成材料学会”（IGS），并成立了“国际土工合成材料学会中国委员会”（CCIGS）;•1995年正式成立“中国土工合成材料工程协会”（CTAG），为国家一级学术组织。一、概述发展简史土工合成材料的应用在我国的发展可归纳为四个阶段。（一）自发应用时期早在上世纪六十年代，山东打渔张灌区、河南人民胜利渠即采用塑料薄膜作渠道防渗，后推广用于水池、水库等防漏；1965年辽宁桓仁水电站用沥青聚氯乙烯膜为混凝土支墩坝上游面止裂防漏；1976年江苏长江岸边的江都嘶马以扁丝土工织物结合混凝土块压重，制成软体沉排防治江岸冲塌；这一时期的特点，是个别工程应用该材料，既无一定规格的的产品，也无定型的设计方法，纯属按既往岩土工程经验，群众性自发应用。一、概述发展简史土工合成材料的应用在我国的发展可归纳为四个阶段。（二）技术引进时期八十年代初，铁科院用杜邦公司赠送的2万平方米无纺土工织物，试用于治理铁道长期存在的翻浆冒泥病害，算是我国采用正规土土合成材料的开端。土工模袋的引进，并由无锡毛纺织染厂将其国产化。1983年又引进了加筋技术和加筋土工格栅。到九十年代中期，自行研究出国产化产品。一、概述发展简史土工合成材料的应用在我国的发展可归纳为四个阶段。（三）组织建立时期1983年，国际土工织物学会（简称IGS）成立，1994年更名为国际土工合成材料学会（仍简称IGS）。1984年底，成立了“土工织物科技情报协作网”。1986年更名为“土工合成材料技术协作网”（简称CTAG）1995年正式成立“中国土工合成材料工程协会”(仍简称CTAG)。1990年我国正式成为第6个国家会员，建立了国际学会中国委员会（CCIGS），负责国际上技术交流。1986年至今先后在天津、沈阳、仪征、宜昌、西安、上海召开了七届全国土工合成材料学术会议，2010年将在天津召开第八届。一、概述发展简史（四）步入标准化时期1998年的特大洪水中，国家领导与各部门领导认识了土工合成材料在防汛抢险中的显著作用；水利部率先编制土工合成材料应用技术规范SL/T225-1998《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》，结束了我国无标准的状态；继后国家标准和铁路、公路、水运的行业技术标准随之发布；产品标准和材料测试标准紧随其后。1998年年底，土工合成材料及技术步入规范化时期。一、概述12345滤层作用防渗作用加筋作用排水作用隔离作用6（二）土工合成材料的基本功能（作用）防护作用一、概述（filtration)材料让液体（水流）顺畅通过的同时，不允许骨架土颗粒随水流流失的作用。此种功能是保持土体结构稳定性的关键要求。图1-1是利用无纺土工织物建造土坝粘土斜墙过渡层反滤的示意图。图1-1粘土心墙反滤示意图一、概述1滤层作用（drainage)材料能让水流沿其内部排走的能力。它作为传统排水材料砂砾料的替代料。无纺土工织物、复合排水材料、排水管与塑料排水带有此功能。图1-2是挡墙背部利用无纺土工织物或复合排水材料排除地下水至排水管，再由排水管排走的示意。图1-2挡土墙背后的土工合成材料排水示意一、概述2排水作用（separation)将两种不同的材料分隔使其不混和的功能。例如：将铁路轨道下道碴碎石和地基细粒土隔开。用于隔离的材料常为土工织物或土工膜。通过隔离可保持介质和结构的完整性和稳定性。图1-3是地基有无隔离层的比较示意图1-3一、概述3隔离作用（reinforcement)将材料按要求置于土内，依靠材料与周围土之间的界面摩阻力限制土体侧向移动，以增加土体承载力的作用。常见的加筋材料有土工格栅、土工织物和土工加筋带等。加筋主要用于软土地基加固、建造陡坡和加筋土挡墙等。图1-4路基加筋一、概述4加筋作用一、概述5防护作用（protection)利用合适材料防护岩土体免受环境影响导致破坏的作用。例如在堤坝临水岸坡铺上土工织物来抵抗水流冲刷；将材料铺于道路防止路面的反射裂缝；也用于土体防冻和景观绿化等。常用的防护材料有土工织物、土工模袋、土工网和三维植被网垫等。（protection)一、概述5防护作用一、概述5防护作用（waterproofing)利用材料阻隔液（水）体或防止其流失的作用。常用的防渗材料有土工复合膜和GCL等。右图是以土工膜作渠道防渗。一、概述6防渗作用（geosystem)以高强土工织物缝制成袋或长管袋或大体积包裹体，内填土体或废料，或以土工网等扎成的箱笼，内充石块等功能。这类产品有土工袋（geobag）、土工管袋（geotube）、土工包（geocontainer)和土工箱笼（gabion）等。利用它们可以建堤坝、人工岛、结合疏浚围垦土地、岸边防打护以及处理废料垃圾等。一、概述7包容作用（包裹）（geosystem)长管袋冲填过程中长管袋作防护结构一、概述7包容作用(1)土工织物：有纺土工织物：编织型（平织法、园织法）机织型（平纹法、斜纹法）针织型（经编法、缝编法）无纺土工织物：机械加固型（针刺法）化学粘合型（喷胶法）热粘合型（热轧法）(2)土工膜：（压延型、吹塑型）聚乙烯土工膜（PE）聚氯乙烯土工膜（PVC）氯化聚乙烯土工膜（CPE）（三）土工合成材料的基础类型及其生产应用一、概述1土工合成材料的分类(3)土工复合材料：复合土工膜复合土工织物复合防、排水材料-塑料排水带、排水软管、水平排水板(4)土工特种材料：土工模袋、土工格栅、土工格室、土工条带、土工管、土工网、三维植被网、土工膨润土垫（GCL）聚苯乙烯板块（EPS）、排水防水板块一、概述1土工合成材料的分类各类排水材（塑料排水带、滤水管、软式排水管等）一、概述2产品类型及应用范围最新开发的无纺织物与经编格栅复合成的既能加筋又能排水的加筋土工织物。一、概述2产品类型及应用范围土工特种材料是为工程特定需要而开发的形形色色的产品，名目繁多。用于加筋的土工格栅（geogrid）；一、概述2产品类型及应用范围用于坡面防护、植草和软基加固垫层的土工网（geonet）一、概述2产品类型及应用范围利用其侧向约束作用以固定散粒土的土工格室（geocell）一、概述2产品类型及应用范围以织物代替模板用于护坡的土工模袋（fabriform）一、概述2产品类型及应用范围由热塑性材料制成的用于防冲和美化景观的三维结构网（mattress）；概述2产品类型及应用范围由热塑性材料制成的用于防冲和美化景观的三维结构网（mattress）；一、概述2产品类型及应用范围（1）有纺土工织物型产品应用工程中应用较多的是编织型、机织型产品。针织型产品是近年来发展起来的产品，以涤纶长纤和玻璃纤维为主，产品质量较好，可做加筋材料。织造型产品应用较广的工程主要是水利工程，用作防洪抢险及防汛备用物质方面应用量也较大。（2）无纺土工织物型产品应用目前无纺型产品在工程中应用以短纤针刺型为主，尤其以幅宽4m～6m，克重300g/㎡-400g/㎡的产品应用较多。应用范围越来越广，用量也逐年增加，尤以水利工程中用作滤层的用量较多，其次是公路、铁路、环保、机场、海岸等各项工程。一、概述2产品类型及应用范围(3)合成型产品应用合成型产品主要应用于水利、环保等工程中的防渗材料，同时用于软土基础加固及挡土墙加筋材料以及采用土工格室固沙，用三维网植草护坡等。合成型产品在工程中的应用面较广，发展潜力很大。(4)复合型产品应用复合型产品是指两种或两种以上的土工合成材料经加工制造成的产品，常见的有复合土工膜，主要应用于防渗工程；排水带主要应用于软基排水加固；排水软管在环境工程和市政建设中应用较广，在水利工程中也利用解决结构内排水问题；膨润土垫（GCL），目前产量和应用量都较多，主要用于废弃物处理场建造用防渗材料。一、概述2产品类型及应用范围国内用量最大的为扁丝（裂膜丝）织造型土工织物（亦称编织土工布），约占土工织物总量的50%；短纤针刺无纺织物居第二位，占30％-35%；纺粘型无纺织物约占10%；长丝机织和针织土工织物数量较少。一、概述2产品类型及应用范围工程材料正确应用于工程结构，首先要掌握其反映工程性能的定量