浅析土工合成材料加筋土

摘要：为了提高土的抗剪强度和结构物的稳定性，在材料技术快速发展的前提下，土工合成材料加筋土得到广泛的应用。本文从土工合成材料的性能，土工合成材料加筋土的性能及应用这三个方面对土工合成材料加筋土进行论述。

关键词：土工合成材料；加筋土；性能；应用

引言

在古代天然土工材料加筋土已得到应用，现代加筋土的概念被提出来后，人们设计了多种诸如强度较大的天然材料、钢筋、钢带、土工合成材料等加筋材料，加筋土技术从经验判断上升到理论设计阶段。随着合成纤维的飞速发展，土工合成材料加筋土技术已经与传统 的设计方法一样，被大众所接受认可，并逐步体现出它的优势。

1.土工合成材料的性能

1.1材料性能和类型

土工合成材料主要是以聚酯纤维、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、尼龙纤维等高分子化学材料作为原材料而制成的各种类型产品，它是土木工程中应用的一种新型工程材料，具有排水、反虑、隔离、加固补强、保护和防渗等六个方面的性能。

土工合成材料有以制造方法分类的，也有以结构和性能分类的，还没有合理、明确的统一定义和分类。一般将土工合成材料分为广义土工织物、土工膜和土工复合产品。广义土工织物有土工布、土工编物、土工格栅、土工网、土工垫和土工模袋等，土工复合产品有复合土工膜、复合土工织物和复合防（排）水材料等。在我国，规范推荐主要使用土工格栅、复合土工带、复合拉筋带和土工织物等加筋材料。

1.2土工合成材料的优点

与传统工程材料相比，土工合成材料具有4个方面的优势：纤维习性、与土兼容协调、节省运输、施工简单且质量有保证。其中纤维习性的优势表现在抗拉强度高，具有一定范围的变形模量，化学结构稳定和纤维孔径小等方面。

2.土工合成材料加筋土的性能

加筋土作为一种复合材料，不仅需要了解土工合成材料本身的性能，还要探究土和土工合成材料相互作用的特性，通过试验求得筋土界面相互作用的一些参数，以此来判断加筋土性能的优劣。

2.1加筋土的试验方法

为了测试筋土界面摩擦特性参数，国外有直剪试验和拉拔试验标准[1]，而我国水利部规范[2]和交通部规范[3]也推荐采用直剪试验和拉拔试验，另外，我国纺织工业局制定有直剪试验标准《土工布及其有关产品摩擦特性的测定第一部分》（GB/T17635.1-1998）[4]。

直剪试验和拉拔试验的试验组成部分相同，分别由试验剪切盒（试验拉拔箱）、加载装置和量测装置组成。试验拉拔箱在《公路土木合成材料试验规程》（JTJ/T060-98）[3]中要求长×宽×高不宜小于25cm×20cm×20cm，而剪切盒尺寸不小于15cm×15cm，垂直加载都最好采用空气袋方式加载，拉拔试验的拉拔速率以1mm/min为标准，而剪切试验的剪切速率以0.02-3mm/min为标准。两种试验按水平加载方式不同可分为应力控制式和应变控制式，应变控制式要求剪切速率相等、各级的垂直荷载保持不变，因而应变控制式较之应力控制式能更加准确地测定出剪应力和位移曲线上的特征值，且操作方便，因而国内外均推荐利用应变控制式方法。

另外，为了得出加筋材料与剪切面呈一定角度时的剪切摩擦特性，日本开发出了倾斜剪切摩擦实验装置[5]，该试验装置滑动面的角度，上覆压力和加筋材料水平拉力可以自由设定，拉力由电动传感器控制。

2.2筋土界面相互作用参数

各规范一致认为两种试验的界面抗剪强度与法向应力呈线性关系，按照摩尔库仑强度理论表示，即：

各国对筋土界面似摩擦系数定义不同，造成计算结果差距较大，我国规范[7]计算得到的是反映了筋土间摩擦效应的综合强度参数，不同于传统概念上的由一个内摩擦角所表述的摩擦系数，而美国规范提出的摩擦系数 即为我国常用的摩擦系数比K。

3.土工合成材料加筋土的应用

利用土工合成材料的加固补强、排水和保护等性能，加筋土已广泛用于堤、挡墙的设计和施工中，而利用加固补强、隔离、嵌锁咬合的约束性能，加筋土也被用于地基的设计与施工中。此外，加筋复合地基，连续纤维加筋土，轻量土等也逐渐得到关注和研究。

4.结语

土工合成材料可以弥补普通材料的不足，当作为筋材与土结合形成土工合成材料加筋土后，这种加筋土复合材料极大地提高了土的抗剪强度和结构物的稳定性，从而被广泛地应用于多种工程中，并值得我们不断地深入研究。

参考文献：

[1]王钊.国外土木合成材料的应用研究[M].香港：现代知识出版社，2002.

[2]SL/T235-1999，土木合成材料测试规程[S].

[3]JTJ/T060-98，公路土木合成材料试验规程[S].

[4]GB/T17635.1-1998，土工布及其有关产品摩擦特性的测定[S].

[5]徐光黎，刘丰收，唐辉明.现代加筋土技术理论与工程应用[M].武汉：中国地质大学出版社，2004：39-57.

[6]徐林荣，吕大伟，顾绍付，等.筋土界面参数的拉拔试验过程划分研究[J].岩土力学，2004，25（5）：709-714.

[7]GB50290-98，土木合成材料应用技术规范[S].