试验研究、现场取样测试和监测成果的优化方法

本工程在使用土工材料的同时，进行了许多有针对性的试验研究，并取得了相应的成果（深圳河二期工程土工合成材料试验研究报告，2000.12）。考虑到以往这类成果进行不多，故在此稍作详细的介绍。

（1）边坡防护中反滤织物的研究。

1）渗透系数的变化。现场反滤织物的试验取自北岸桩号0+000，0+800，1+750，6+800，8+300等处。在埋设以后一年中的不同时间，取样进行不同法向压力下的渗透试验。其渗透系数与时间关系曲线如图12.13所示，试验成果如表12.7所示。从上述成果看出，土工织物在工程中应用时，渗透系数会急剧下降，这个下降过程可分为3个阶段，即：急剧下降期、过渡期和稳定渗流期。急剧下降期出现在埋设后的头一个月内，这时渗透系数在不同压力（0.42～200kPa）下降低了68～15倍，平均降低26倍。而与反滤织物的原材料在使用前无压状态下的渗透系数相比，则降低了100倍；第二阶段的过渡期大约维持5个月，在0.42～200kPa的不同压力下，其渗透系数分别比原始样对应压力下的渗透系数降低142～50倍，平均67倍。再后的半年进入稳定渗流期（即埋设后一年），在不同压力下，渗透系数平均降低100倍，而与埋设前原始样无压状态下的渗透系数相比，则平均降低了330倍，稳定在10-3～10-4cm/s之间。但它仍比土体的渗透系数（10-5～10-7cm/s）大1～2个数量级。导致渗透系数随时间的降低的原因主要是淤堵，它除与反滤织物有关外，还与土体的性质和周围的环境有关，例如，渗透系数降低最大的地方是感潮地段，该地段的渗透常年发生，渗流带动细颗粒在土工织物淤积，使渗透系数下降更甚。同时，也发现，感潮段土的细粒含量较高，明显高于非常年感潮河段。此外，还值得指出，渗透系数不单受孔径大小的影响，而且还受孔径分布特征的影响，两个P95基本相同的土，由于孔径分布的不同，其渗透特性也有区别。

表12.7　土工织物应用前后渗透系数试验结果

图12.13　各桩段土工布渗透系数—时间关系曲线

（a）GR1—1（0+000）土工布渗透系数—时间曲线；（b）GR1—2（0+800）土工布渗透系数—时间曲线；（c）GR1—3（1+750）土工布渗透系数—时间曲线；（d）GR1—4（6+800）土工布渗透系数—时间曲线；
（e）GR1—5（8+300）土工布渗透系数—时间曲线

2）织物淤堵试验。将工程所用的反滤织物与土体组成的反滤系统进行了淤堵试验，测得梯度比GR值，如图12.14所示。由图可见，GR值均较小，5个断面分别0.40，0.88，0.38，0.96，1.55，可见，其值大都小于1.0，其平均值为0.83。远比相关规范规定的GR≤3为小，表明土工织物具有良好的防淤性能（由此，是否也说明，GR≤3的准则过于宽了）。

图12.14　淤堵试验梯度比—时间关系曲线

（a）断面0+000GR—t曲线；（b）断面0+800GR—t曲线；（c）断面1+750GR—t曲线；
（d）断面6+800GR—t曲线；（e）断面8+300GR—t曲线

3）反滤织物性能的衰减试验。经对土中的织物的抗拉强度、延伸率、顶破强度等指标试验，成果如表12.8所示。其抗拉强度随时间的变化曲线示于图12.15，从上述成果看出，多项指标随时间延长都有不同程度的降低，其原因除施工损伤以外，尚有化学腐蚀、生物腐蚀和蠕变等因素。经研究，施工损伤的影响很大，强度损失为45%。多个地段的强度平均损失约50%，最大可达61%左右，至于施工半年以后的强度损失，则主要由蠕变和腐蚀引起的，见表12.9所示。

表12.8　各阶段土工织物物理力学指标

图12.15　各阶段抗拉强度—时间关系曲线

（a）纵向抗拉强度—时间关系曲线；（b）横向抗拉强度—时间关系曲线

表12.9　深圳河反滤土工布在工程中强度保持率

①　数字为近似值。

4）污水清水试验和老化试验。土工织物在清水遮光、清水不遮光和污水的条件下进行抗拉强度测定。成果表明，在清水遮光下强度降低最少，11个月后可保持原强度的90%，相应地，在污水及清水不遮光情况下，分别保持了87%和80%，强度降低均不甚严重。但反映了光照对土工织物强度有较大的影响。

老化试验利用C：65/DMC氙灯的试验箱进行，试验结果如表12.10，可见光照时间越长，强度降低越多，但降低量渐趋平缓。

表12.10　人工老化试验结果(www.xing528.com)

此外，还进行了织物在水中不同深度（20cm、40cm、60cm）和混凝土板上的老化影响试验，其强度保持率分别为51%、63%、67%和34%，表明，织物在混凝土板表面上强度衰减最多，而水中不同深度对衰减也有一定影响。

（2）无纺织物的隔离效果研究。用于隔离的土工织物可能承受一定的荷载，因此，织物除有必要的抗拉强度之外，还需测试它的顶破强度和撕裂强度。同时，由于织物还要起污染土的隔离作用，因此还要研究它的吸附作用。

1）原材料的性能。原材料（来自山东齐鲁）的性能指标列于表12.11中。

表12.11　隔离用土工织物原材料性能测试

2）织物性能随时间的变化。据测定，经两年半埋设后，织物的强度和延伸率可保持原始材料的60%左右。织物的撕裂强度随时间呈缓慢下降曲线。经两年半后，纵向和横向撕裂强度的保持率各为68%和75%。

织物的顶破强度和延伸率经两年半的埋设后，分别为原始值的72%和73%。

3）织物的摩擦特性。摩擦特性的试验成果示如图12.16所示。可见，对于织物与土的界面抗剪强度参数，黏聚力小，而内摩擦角大；而在砂中，则黏聚力大，内摩擦角小。这是否属于一般现象尚待研究。

4）抗酸碱性能。将织物原始样品放入PH=2的H2SO4和PH=12的Ca（OH）2中浸泡了3～15d后，取出分别测其力学性质。成果表明，在酸溶液中，织物强度基本不变，而在碱溶液中，则强度和延伸率均保持在85%以上。可见这种影响不是很大。

5）重金属离子含量及织物的吸附作用。对不同地段的土样（污染土和排污染的回填土）以及其中的织物的重金属离子及其变化进行了测定。测试的内容包括铜（Cu）、镍（Ni）、镉（Cd）、汞（Hg）以及有机质等。成果表明，重金属离子在各个时间、各个点的含量均未超过相关规范规定的含量。也说明两年多的埋置过程中，污染土中重金属离子几乎没有扩散到隔离层中去。其原因，除土工织物有一定吸附能力和隔离作用外，主要因为土工织物上、下土体均为黏土，渗透系数很小。但是在土工织物上、下土体中，重金属含量相差较大，下面的污染土含量较高，而上面的回填土中含量较低。同时，经过一年时间的模拟，在污染土中重金属离子含量平均减小了20%。但回填土中的离子增加却不明显，由此表明，织物对离子有一定的吸附作用。由上所述可以认为，黏土—土工织物的隔离层起到了较好的隔离效果，其中，黏土层的隔离作用很强，因为它的渗透系数很小（平均为6.3×10-6cm/s），而土工织物则起辅助作用，但织物与黏土组成的系统则可满足隔离污染物的要求。

图12.16　土工布的摩擦特性曲线

（3）土工膜在真空预压固结中的作用。

1）土工膜的老化和抗酸碱性能试验。土工膜老化试验成果示于表12.12。

表12.12　PVC人工老化测试数据表

注　括号内数字为降低的百分率。

从表可见，人工老化后抗拉强度降低，对1000h，达20%左右。延伸率降低约80%，说明土工膜变脆了。

比较人工老化与自然老化，水中5个月的老化强度与延伸率相当于人工老化500h；空气中暴露5个月后的强度相当于人工老化700h，而延伸率的保持率则相当于人工老化1000h。这是因为空气中暴露属光热氧化，而人工老化属光电氧化，故前者比后者更为强烈。

水的深度对土工膜老化强度也有较大影响，因为紫外线随水深而衰减。土工膜在强酸和强碱中浸泡3～15d，其强度和延伸率基本不变。说明PVC土工膜具有良好的抗酸碱性能。

2）土工膜的防渗性。土工膜的破损与制造工艺关系很大，在检测中看到，当土工膜延伸率达300%后，在10000倍放大后，未发现孔眼，说明膜的完整性良好。

经过真空预压后的土工膜，其拉伸强度基本不变，但延伸率的变化较大，由原来的226%，降为100%～150%左右。

经5个月的真空预压，排水带的渗透性有所降低，滤膜的渗透系数约降低80～100倍，其纵向通水量下降了60%左右。但排水带的抗拉强度却能保持在90%以上。