简述土工合成材料在水利工程中的应用

李春风

土工合成材料是应用于岩土工程，以高分子聚合物合成材料制成的各种产品的统称。因其具有反滤，排水、防渗、防冲和土加筋加固、土层隔离等作用，而被广泛用于水利工程。

1土工合成材料的类别

应用到水利工程中的土工合成材料主要有土工织物、土工膜，土工特种材料和土工复合材料4大类。

1．1土工织物

土工织物是将合成纤维以不同方法制成透水性的土工合成材料，按制造方法不同，可分为织造型和非织造型土工织物。织造型土工织物又分编织、平织和针织，它们是由单丝或多丝织成的，或者由薄膜形成的扁丝编织成的布状卷材；非织造型土工织物由短纤维或喷丝长纤维按随机排列制成絮垫，经机械缠合(针刺)或热粘或化学粘合而成的布状卷材(即无纺布)。

1．2土工膜

土工膜是20世纪70年代出现的，它是由聚合物或沥青制成的一种相对不透水卷材。取用聚合物需要在工厂采用吹塑，压延或涂敷法制造；用沥青则可在现场或厂内以喷涂或浸渍法形成。

1．3土工特种材料土工特种材料包括土工格栅、土工带、土工格室、土工网、土工石笼、土工管，土工模袋、三维网垫、EPS等，均由聚合物按需要分别以不同加工方法制成。

1．4土工复合材料

土工复合材料包括复合土工膜和复合防排水材料，均由两种或两种以上土工合成制品复合或组合而成，如复合土工膜由土工膜与土工织物经加热滚压而成，主要是为了增加材料的强度。承受更大的荷载，复合防排水材料由排水带、排水管、排水防水材料等组成，

2工程作用及其应用

2．1加筋作用

加筋作用是指在土体中的一定部位埋设水平方向的土工合成材料，也称加筋材料，将土体压实后，土与加筋材料密切结合成一复合土体(加筋土)，当在复合土体表面施加荷载时，由于加筋材与周围土之间有较大的摩阻力(有时尚有咬合力)，限制了土的侧向变形，相当于在土体侧面上施加了约束力，从而提高了土体的承载能力，增加了土体的稳定性。这种作用在水利工程中能够稳定、限制各种结构中的岩土体在长时间使用过程中的位移发生，并能使作用在土壤的局部应力传递或分配到更大的面积上，增加土体和土工布之间的摩擦阻力。

一般地，土工织物，塑料拉伸土工格栅、经编土工格栅、玻纤土工格栅和土工网可以作为水利工程中的加筋材料。土工合成材料加筋效应主要有：筋材的抗拉作用、筋土界面相互作用和应力扩散作用等，而在多层加筋的情况下，应分别考虑筋土界面的摩擦作用(即各层筋土界面作用对填料产生侧向约束作用)和最下一层筋土界面作用产生的界面剪应力对其下面土体产生的附加水平约束作用(提高土体的稳定性和承载力)。

2．2防渗作用

防渗是防止流体渗透流失的作用，也包括防止气体的挥发扩散。水利工程中要修建大量的挡水蓄水、引水和输水等建筑物，均有防渗、防漏的要求。利用土工合成材料中的弱透水材料可防止液体渗漏、气体挥发以保护环境或建筑物安全。用于防渗的土工合成材料主要有土工膜和复合土工膜，后者应用更为广泛，更能适应各种复杂工程的情况。

2．3防护作用

防护是指为了消减自然现象、环境影响和人类活动对堤坡和岸坡造成的危害，而采取适当的防护措施，土工合成材料的发展，为岸坡防护提供了新的途径。在被保护的土面上覆一层有良好反滤性能的土工织物，压上一定盖重，即可有效地保护岸坡不受水流和波浪等的破坏，可代替传统的护坡材料。

2．4隔离作用

土工布可将不同的土质结构进行分离，形成稳定的分界面，使各层结构分离，按照要求发挥各自的特性和整体作用，以避免相互混杂产生不良效果。在土石混合坝中，可作为隔离不同的筑坝材料。在裂隙发育的岩基或卵石地基修筑土石坝，可用作坝体与地基之间的隔离。

2．5反滤作用

在水工建筑物中，当土中水从细粒土流向粗粒土，或水流从土内向外流出的逸出处，需要设置反滤层，否则土粒将受水流作用而被带出土体外，土粒过量流失会造成管涌和流土破坏。传统采用砂砾粒作为反滤材料，一般采用粒径不同的砂砾石分2-3层铺设，施工工艺较复杂。土工织物的过滤功能和传统的颗粒层完全相同，工程上可以取而代之。它可在地下水渗流作用下，既防止土颗粒过量流失而造成破坏，同时又使水流顺利排泄，以免由于孔隙水压力升高而造成土体失稳。

2．6排水作用

涤纶长丝无纺土工布可以在土体中形成排水通道，把土中水分汇集起来，沿着材料的平面排出体外，主要用于土坝内部垂直或水平排水、土坝或土堤中的防渗土工膜后面或混凝土护面下部的排水、挡土墙后面的排水和各建筑物周围的排水。也可用来排除隧洞周边渗水，减轻衬砌所承受的外水压力。

3结语

土工合成材料能够在水利工程应用，主要是由于土工合成材料的适应性强、抗拉性能高、抗微生物侵蚀性好，且重量轻、造价低等优点决定的。

在水利工程中土工合成材料的应用主要用于加筋、防渗、防护、隔离、反滤和排水等方面。