《土工合成材料》PPT课件.ppt
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1、2023/7/30,1,第6章 土工合成材料,2023/7/30,2,第6章 土工合成材料,概述加筋的作用机理加筋挡墙及其设计原理堤坝软基加筋建筑物地基加筋,2023/7/30,3,第一节 概 述,土工合成材料(Geosynthetics):应用于岩土工程的,以高分子聚合物和玻璃等为主要原料制成的各种新型工程材料的统称。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯(PE)、聚酯(PER)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)等。特点:质量轻、强度高、弹性好、耐磨、耐酸碱、不易腐烂、不易虫蛀、吸湿性小等。,2023/7/30,4,20世纪30年底应用于土木工程(塑料薄膜作为防渗材料应用于水
2、利工程);20世纪50年底海岸护坡工程;20世纪60年代河道、涵闸及防治路基翻浆冒泥;20世纪80年代水利、铁路、公路、军工、港口、建筑、矿山、冶金和电力部门等;全国成立了土工合成材料技术协作网,2023/7/30,5,一、土工合成材料的分类,我国土工合成材料应用技术规范(GB5029098)将土工合成材料分为四大类:土工织物土工膜土工复合材料土工特种材料,2023/7/30,6,土工织物(geotextile):是一种透水性材料,2023/7/30,7,2023/7/30,8,2023/7/30,9,2023/7/30,10,2023/7/30,11,优点:重量轻,整体连续性好(可做成大面积
3、整体);施工方便;抗拉强度高;耐腐蚀和抗微生物侵蚀性好。缺点:如未经特殊处理,其抗紫外线能力低。,2023/7/30,12,土工膜(Geomenbranes):聚合材料和橡胶等制成的膜片或者以土工布为基布外涂一层或多层异丁橡胶形成的膜片,为一种具有一定强度的不透水材料。用于隔水防渗。,2023/7/30,13,土工膜特点:有很好的弹性和适应变形的能力;能承受不同的施工条件和工作应力;具有良好的耐老化能力。,2023/7/30,14,土工复合材料(Geocomposites):,是两种或两种以上的土工合成材料组合在一起的制品。复合加筋材料:如土工格栅与土工布复合,经编布与玻璃丝复合,土工布与土工
4、膜复合,不织布与高强钢丝复合等复合排水材料:如排水带,排水片和排水板等复合隔水防渗材料:土工粘衬垫(GCL),2023/7/30,15,一布一膜、二布一膜或三布二膜等。膜防渗;布排水作用。,2023/7/30,16,2023/7/30,17,由芯板和透水滤布组成。芯板为硬塑料薄板,为瓦楞形或十字形,原料为聚氯乙稀或聚丙稀;透水滤布为薄型无纺织布。,2023/7/30,18,GCL被用于地下水的保护、堤坝止水、水库和蓄水池防渗,以及填筑和掩埋场的密封面层等。,2023/7/30,19,土工特种材料:,为工程特定需要而生产的产品。土工格栅(geogrid)土工网(geonet)土工模袋(fabri
5、form)土工格室(geocell)土工管(geotex tube)、土工包(geocontainer)聚苯乙烯板块(EPS),2023/7/30,20,土工格栅:是在聚丙烯或高密度聚乙烯板材上先冲孔,然后进行拉伸而成的带长方形或方形孔的板材。因其高强度和低延伸率而成为加筋的好材料。,2023/7/30,21,2023/7/30,22,土工格栅在加筋构筑物中的典型应用情况,拓宽道路,2023/7/30,23,当建筑边界受限时,采用土工格栅加筋土挡墙与加筋土边坡组合结构,加筋土挡墙,加筋土边坡,2023/7/30,24,玻纤土工格栅用于地表植草护坡,2023/7/30,25,土工网:以聚丙烯或聚
6、乙烯为原料,应用热塑挤出法生产的具有较大孔径和较大刚度的平面结构材料。抗拉强度都较低,延伸率较高 常用于坡面防护、植草、软基加固垫层,或用于制造复合排水材料。,2023/7/30,26,由挤压机挤出的1 5mm的塑料股线制成。,2023/7/30,27,由合成材料粘结而成的三维透水聚合物网垫。通常由聚乙烯制成,其厚度为1520mm。,2023/7/30,28,土工模袋:是由上下两层土工织物制成的大面积连续袋状材料,袋内充填混凝土或水泥砂浆,凝固后形成整体混凝土板,可用作护坡。模袋上下两层之间用一定长度的尼龙绳来保持其间隔,可以控制填充时的厚度。浇注后,多余水量可从织物孔隙中排走,故而降低了水分
7、,加快了凝固速度,使强度增高。,2023/7/30,29,土工格室:是由强化的高密度聚乙烯宽带,每隔一定间距以强力焊接而形成的网状格室结构格室张开后,可填以土料,由于格室对土的侧向位移的限制,可大大提高土体的刚度和强度它可用于处理软弱地基,增大其承载力,沙漠地带可用于固沙,还可用于护坡等。,2023/7/30,30,土工管、土工包:是用经防老化处理的高强土工织物制成的大型管袋及包裹体。可有效地护岸和用于崩岸抢险,或利用其堆筑堤防,解决疏浚弃土的放置难题。,土工管,2023/7/30,31,土工包是将高强土工织物铺设在特制的可开底的空驳船内,将疏浚的淤泥或废料充填其上,待装满后,将织物包裹封合,
8、防止泄漏,然后将驳船开到预定地点,打开船底,把土工包沉放到水底。用于大面积崩岸治理、堤防迎水坡堵漏、河岸及河底的淘冲。,2023/7/30,32,土工合成材料的分类土工织物土工膜土工复合材料土工特种材料,2023/7/30,33,二、土工合成材料的性能,物理性质 比重;单位面积质量;厚度力学性质 抗拉强度、伸长率;撕裂强度;握持拉伸强度;摩擦试验强度;拉拔试验强度;压缩性;蠕变性;水力性质 渗透性;等效孔径,2023/7/30,34,三、土工合成材料的主要功能及应用,滤层作用:防止细粘土的流失,又不被淤堵。排水作用:既作为排水通道又防止淤堵。加筋作用:提高加筋体的复合强度,改善土体的变形性质,
9、提高土体的稳定性和地基承载力。隔离作用:防止不同土料混杂,保持其各自的性能防护:防止水流及风浪的冲刷和侵蚀,保护岸坡防渗、隔水和封闭:,2023/7/30,35,滤层作用,当土中水流过土工织物时,水可以顺畅穿过,而土粒却被阻留的作用。用作反滤的土工织物一般是非织造型(无纺)土工织物,有时也可以用织造型土工织物。堤坝工程;公路和机场跑道的基层;铁轨下道渣与土基间的隔离层等,同时也要求反滤功能。,2023/7/30,36,2023/7/30,37,2023/7/30,38,排水作用,堤坝工程中降低浸润线位置,以减小渗流力挡墙背面排水,以消减水压力,提高墙体稳定性土坡排水,减小孔隙压力,防止土坡失稳
10、隧道和廊道排水,以减轻渗水压力软土地基排水,以加速土固结,提高地基承载力土工织物用作排水时兼起反滤作用,同时,不致因土体固结变形而失效。,2023/7/30,39,软基上堤坝底部铺设土工织物作为排水层 饱和软土地基在堤坝重力作用下将排水固结,排出的水量通过土工织物向两侧流走。,塑料排水带垂直排水由塑料排水芯材外包非织造土工织物(滤膜)构成的一种土工复合排水材料,在软土地基加固中应用广泛。,2023/7/30,40,掩埋场排水处理,2023/7/30,41,土工织物过滤排水结构形式(单位:cm),2023/7/30,42,隔离,通过隔离层,引起应力扩散作用,使地基土的沉降量得到一定程度的均化。隔
11、离提供排水面,加速地基土固结,使承载力提高。隔离层起整体性作用,可使要求的地基粗粒料支持层的厚度减少,节约建筑材料。地基中有部分软弱区域,或有小范围洞穴,铺隔离层有架桥作用,以掩盖和减弱洞穴区或软弱区的影响。在地下水位较高的地基中,隔离层可以切断毛细水上升,防止盐碱化,或减弱冻胀。道路基床中,隔离是防治翻浆冒泥的有效措施。隔离层还起一定的保温作用。,2023/7/30,43,隔离用材料应用最多的是有纺和无纺土工织物。如果对材料的强度要求较高,有时还要求以土工网或土工格栅作为材料的垫层。当要求隔离防渗时,则需要土工膜或复合土工膜。,2023/7/30,44,隔离功能,2023/7/30,45,加
12、筋功能,2023/7/30,46,防渗、隔水和封闭,防止流体渗透流失的作用,也包括防止气体的挥发扩散。水利工程中修建挡水蓄水、引水和输水等建筑物,都有防渗、防漏的要求,2023/7/30,47,坝工中利用土工膜防渗,2023/7/30,48,2023/7/30,49,掩埋场排水处理,2023/7/30,50,2023/7/30,51,三峡,防渗功能,2023/7/30,52,排水沟,表土覆盖层,表面隔断层,基础隔断层,地基基础,垃圾渗水,和地下水的距离,渗水导管,气体导管,竖井,地质屏障,经处理的地质屏障,地下水,气体收集,渗水收集,垃 圾 体,垃圾填埋体的主要构成防渗,2023/7/30,5
13、3,防护作用-岸坡防护,包括河岸、湖岸、海岸等的防水流冲刷,波浪冲击等;在被保护土面上覆一层有良好反滤性能的土工织物,压上一定盖重,即能有效地保护岸坡不受水流和波浪等的破坏。,2023/7/30,54,防护功能,2023/7/30,55,一般利用软体排、模袋和三维植被土工网作岸坡防护利用土袋、土枕及土工管等筑堤坝护坡,由土工织物垫与压重物体组成,在土工织物垫上间隔缝制有加筋条,在每条加筋条上间隔缝制有系袋条,在系袋条绑上压重物。,2023/7/30,56,正在铺设的软体排,2023/7/30,57,软体排铺设的准备,2023/7/30,58,2023/7/30,59,用土工合成材料做堤坝防护及
14、反滤,2023/7/30,60,用土工合成材料做堤坝防护及反滤,2023/7/30,61,用土工合成材料做堤坝防护及反滤,2023/7/30,62,土工模袋工程,2023/7/30,63,土工网垫边坡绿化防护,2023/7/30,64,第二节 加筋作用,土体一般具有一定的抗压强度,但抗剪强度很低。若允许的侧向变形愈小,它能承受的压力将愈高,所以,要提高土的承受能力,应设法减小其侧向扩张。在土体中的一定部位铺设水平方向的加筋材料,将土压实后,形成加筋土。受荷载作用时,加筋材与周围土之间的摩阻力、咬合力,限制了土的侧向变形,使加筋土的承压能力得到提高。,2023/7/30,65,加筋材料通常采用织
15、造土工织物、土工带和土工格栅等。要求筋材与土之间有较高的界面强度(摩擦力与咬合力大)加筋材料应蠕变性较低土工格栅的蠕变性较低,是较为理想的加筋材料,2023/7/30,66,加筋土应用:,1.加筋土挡墙2.堤坝边坡加筋3.软土地基加固 4.建筑物地基加筋垫层,2023/7/30,67,1、加筋土挡墙:,在挡墙结构中水平铺设土工织物,土工格栅,或加筋条带等,增加土体的强度提高挡墙的稳定性,筋带式 b)包裹式,2023/7/30,68,加筋土挡墙有四个基本组成部分:加筋材料、填土、墙面板和墙面板基础,筋带式 b)包裹式,2023/7/30,69,当加筋挡墙处于极限平衡状态时,由于主动土压力的作用、
16、使在加筋土体内形成一潜在的破裂面加筋体形成拉力,企图把它向外拔出。在加筋体上形成向内方向的阻力,主动区,稳定区,2023/7/30,70,加筋挡土墙稳定性分析:,内部稳定性:确定加筋挡墙断面的合理尺寸与形状包括加筋布置的间距、长度、回包宽度和加筋材料的抗拉强度等外部稳定性:地基稳定、水平抗滑稳定和抗倾覆稳定,2023/7/30,71,2023/7/30,72,巫山57m超高加筋挡土墙,2023/7/30,73,深圳河治理工程中的加筋土现场全景,2023/7/30,74,2、加筋土坡,当堤坝等工程的边坡过陡时,可通过各种形式的加筋,提高边坡稳定性,防止滑动。堤坝如果将边坡做陡,能减少填土方量,节
17、约用地采用土工织物加筋陡坡,2023/7/30,75,新建陡边坡高路堤,2023/7/30,76,利用原有填土修复高路堤塌边坡,2023/7/30,77,深圳地铁侨城东站单向土工格栅加筋土路堤(8m),2023/7/30,78,2023/7/30,79,2023/7/30,80,加筋复合土工布边坡防护,2023/7/30,81,加筋复合土工布特有的拉紧力可稳定边坡,2023/7/30,82,3、软土地基堤坝基底加筋,在软土地基表面铺设土工织物、格栅组成加筋土垫层,提高堤坝地基的承载力与稳定性。,2023/7/30,83,软基上加筋堤坝设计应考虑的五种破坏模式,(a)型:基底加筋强度较高。不可能
18、被拉断裂并保持坝体的整体性,堤坝滑动破坏或失稳只能在地基中产生;,2023/7/30,84,(b)型:由于加筋强度不足,坝体和地基一起产生整体滑动,2023/7/30,85,(c)型:加筋材料的弹性变形大于堤坝自身的变形,加筋失效而破坏;,2023/7/30,86,(d)型:为加筋材料锚固失效被拉拔破坏的情况;,2023/7/30,87,(e)型:为堤坝边坡失稳,沿水平加筋表面滑动破坏等。,2023/7/30,88,软基上加筋堤坝设计应包括:,加筋堤坝的承载力分析 加筋垫层材料的强度和 布置形式堤坝整体滑动分析加筋材料拉伸模量的检验加筋材料是否被拔出的检验边坡水平滑动分析,2023/7/30,
19、89,4、建筑物地基加筋垫层,在软土地基上的建筑物基础,可在基底设置一定厚度的加筋土垫层,提高地基的承载力,均化应力分布,调整均匀沉降。地基承载力随着地基加筋层数的增加明显增大,2023/7/30,90,土工格栅,2023/7/30,91,加筋土应用:,1.加筋土挡墙2.堤坝边坡加筋3.软土地基加固 4.建筑物地基加筋垫层,2023/7/30,92,本章主要要求,各种土工合成材料的主要性质及其工程的用途土工合成材料的主要功能及应用加筋作用及应用,2023/7/30,93,土工合成材料的分类,土工织物:是一种透水性材料 土工膜:一种具有一定强度的不透水材料用于隔水防渗。土工复合材料:是两种或两种
20、以上的土工合成材料组合在一起的制品。土工特种材料:为工程特定需要而生产的产品。,2023/7/30,94,土工合成材料的主要功能及应用,滤层作用 排水作用加筋作用隔离作用防护防渗、隔水和封闭,2023/7/30,95,加筋土应用:,加筋土挡墙堤坝边坡加筋软土地基加固 建筑物地基加筋垫层,2023/7/30,96,思 考 题,P257:6-1;6-6,2023/7/30,97,思 考 题,简述土工织物及土工模的主要性质及其在工程上的用途。土工合成材料有哪些分类?土工合成材料加固地基有哪些作用?,2023/7/30,98,考试时间:11.21.19:40-21:40,地点:4-202,2023/7
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