土工合成材料的主要性能

土工合成材料的性能包括材料本身的性能和材料与土相互作用时的性能。这两种情况下的性能有的指标比较接近，如部分物理性指标，但多数指标则相差甚远，如渗透性指标、流变特性指标等。因此，应注意在模拟实际工程的条件下，进行特性指标的测定，并用于工程实际。

土工合成材料的主要特性指标包括以下项目。

（1）物理性指标。厚度、单位面积质量、等效孔径等。

（2）力学性指标。抗拉强度、延伸率、撕裂强度、握持强度、胀破强度等。

（3）水力特性指标。渗透性（垂直渗透系数和透水率，水平渗透系数和导水率）、淤堵性指标（梯度比、修正梯度比）、水通量（排水带）和抗渗指标（土工膜）。

（4）界面特性。土与土工合成材料的摩擦系数，土与土工合成材料相互作用的界面特性（拉拔强度）。

（5）流变特性。蠕变强度折减系数，长期疲劳强度特性指标等。

（6）老化特性。紫外线老化强度折减系数，抗化学腐蚀指标、冻融和干湿影响指标等。

现将上述特性指标中比较常用的一些指标的意义介绍如下，其他的指标将在相关章节中述及。

（1）单位面积质量。这是表征土工合成材料产品（土工织物、土工膜）性能和质量的一个重要指标。其测定方法采用秤量法（参看有关标准），其值受原材料密度的影响，也与厚度和湿度密切相关。常用的土工织物或土工膜单位面积质量一般在50～1200g/m2范围内。

（2）孔径Oe。土工织物具有各种形状和大小不同的孔隙，孔隙的孔径可用类似于土的粒径曲线的孔径分布曲线表达，常用的孔径符号为Oe，O表示孔径，脚标e则表示小于某种孔径的孔隙百分数，如O95即表示有95%的孔隙尺寸小于该孔径。其意义参看第4章有关内容。

（3）抗拉强度。抗拉强度由条样法测定，同时可以得到延伸率的指标。这两个指标是土工合成材料的重要特性指标。拉伸试验有宽条[试验示意图见图2.18（a）]和窄条之分，两种方法所得的极限拉伸力不同，但两者有一定关系，如图2.18（b）表示出了拉伸强度与试样宽度的关系。具体试验方法参看有关规程或标准。应当指出，土工合成材料在空气中无压情况下测出的抗拉强度与在土体中实际的抗拉强度是不同的。因此，在空气中测得的抗拉强度可视为一个判别指标而使用。

图2.18　土工织物宽条样拉伸试验及强度

（a）土工织物宽条拉伸试验；（b）宽度对强度的影响（Myles等，1987）
TSB—宽度为B的强度；TS1000—宽度为1000mm的强度

（4）握持强度。握持强度主要反映土工织物承受集中力时，其分散集中力的能力。例如在拉伸试验中，不是夹住试样全部的宽度，而是仅夹住试样的部分宽度进行拉伸，则这时的拉伸强度一部分为被握持（夹住）部分宽度的强度，另一部分为由试样相邻部分提供的强度。土工织物握持强度的值一般为0.3～6.0kN。

（5）撕裂强度。土工织物和土工膜在铺设和使用过程中，常会有不同程度的破损，撕裂强度反映试样抵抗破损裂口继续扩大的能力，如图2.19所示。试验方法采用美国ASTM D—4533的梯形撕裂法（见有关规程）。据测定，一般土工织物梯形撕裂强度值为0.15～30kN，不加筋土工膜的梯形撕裂强度值在0.03～0.4kN。(www.xing528.com)

图2.19　土工织物撕裂试验

（6）胀破强度、顶破强度、刺破强度。当土工织物或土工膜置于粗粒土中时，会受到不同程度的挤压和顶胀的作用，以及土工膜受水压作用，或者施工中受到抛填粒料的冲击对土工材料的冲穿作用，都会使材料发生破损，如图2.20所示。为此，要测定材料抵抗粗粒材料的胀破、顶破和刺破的能力。

胀破试验采用施加液压将试样胀破。其值常在1～9MPa（土工织物）顶破试验采用CBR试验法（图2.21）。刺破试验是采用较细（φ8mm）的金属杆以一定速率刺入被环形夹具（内径44.5mm）夹住的土工织物或土工膜试样而求得（图2.22）。

图2.20　填筑过程中土工织物可能的受力状态和破坏形态

（a）顶破；（b）刺破；（c）穿透

图2.21　土工织物CBR试验

（a）土工织物CBR顶破试验示意图；（b）CBR试验

图2.22　土工织物刺破试验

（a）土工织物刺破试验示意图；（b）土工织物动态穿透（落锥）试验

（7）抗紫外线老化试验。土工合成材料在制造、贮存、运输、施工和使用过程中，由于受到阳光的照射，使其分子结构等发生变化，使产品逐渐失去原有的优良性能，这就是光氧老化。反映土工合成材料抗紫外线能力的试验有两类：①自然老化试验，它是将材料置于与工程类似的环境中进行曝晒，或埋入地下，或在海水中浸渍，或经受冻融循环的试验，求得老化系数k=f/f0，f0和f分别为老化前后的性能测值；②人工老化试验，它利用气候箱进行加速老化试验。一般说来，人工老化的老化速度比自然老化快5～6倍，甚至10倍。

在各种土工合成材料原材料中，聚丙烯和聚酰胺的抗光氧老化能力差，聚酯等较好，聚乙烯、聚氯乙烯居中。由于光化学反应一般是由表面向内部发展，因此，纤维粗、厚、重的材料抗老化能力强，如土工格栅、土工网和厚土工膜等，而薄形的织物、扁丝织物等则抗老化的能力弱。

（8）化学稳定性和生物稳定性试验。土工合成材料在使用过程中会与土中的酸、碱物质或直接与酸碱溶液接触，也可能与自然界出现的生物细菌接触。它们都有可能会使产品的性能发生变化。土工合成材料抵抗这些化学和生物物质的能力一方面取决于聚合物的组成、加工工艺、产品的结构及损伤的情况，同时也与液体的成分、浓度以及环境条件（如压力、温度、湿度等）有关。试验的方法是将试样浸于试液中或一定的生物环境中，经过一定时间，测定其单位面积质量的变化、尺寸的变化，特别是拉伸性能的变化。具体试验方法参看国际上有关的标准。

有关力学性指标与水力特性指标的测定问题，在有关章节中将详细叙述，故这里不再赘述。