土工合成材料的作用机理

（1）反滤
在有渗流的情况下，利用一定规格的土工织物铺设在被保护的土层上，可起到与一般砂砾石反滤层同样的作用，即容许水流畅通而同时又能阻止细小土粒移动，从而防止发生流土、管涌和堵塞。对土工织物滤层工作机理的研究表明，多数渗水性土工织物在单向渗流的情况下，初期紧贴土工织物的土体中发生细粒逐渐向滤层移动，同时还有部分细粒通过土工织物被带走。遗留下的较粗颗粒，同与滤层相邻的一定厚度的土层逐渐自然形成一个反滤带和一层骨架网阻止土粒的继续流失。土工织物与同其相接触部分的土层共同形成一个完整的反滤体系统。
（2）排水
某些具有一定厚度的土工织物具有良好的三维透水性，利用这种特殊性除了可以透水反滤外，还可使水经过土工织物的平面迅速的沿水平方向排走，且不会堵塞，构成水平排水层。
（3）隔离
土工织物设置在两种不同土或者土与其他材料之间，把它们互相隔开，避免混杂产生不良的效果。其作用原理是依靠土工织物的高抗拉性、抗顶穿性及抗撕裂性，依靠整体连续性和柔韧性、良好的耐酸碱性、抗生物侵蚀性等，适应受力、变形和各种环境变化的影响。作为隔离用的土工织物，其渗透性应大于所隔离土的渗透性并不被堵塞，在荷载作用下还要具备足够的耐磨性，当被隔离体的材料或土层之间无水流作用时，不透水土工聚合膜同样可起到隔离水流的作用。
（4）加固和补强
利用土工织物的高强度、高韧性等力学性能，分散荷载，增大土体的刚度模量，改善土体（或加筋土）及各种复合土工结构的受力性能。
①加固补强机理
土工合成材料中用于地基加固补强的常用材料为土工格栅、土工格网以及土工布等材料。土工格栅、土工格网等筋材的作用机理与土工布有相似之处，即它们都可以通过与土体的摩擦，发挥自身的抗拉强度，同时又有很大区别，土工格栅、土工格网具有一定的开孔率，通过与土体颗粒以及其他粒状填料之间的嵌锁与咬合作用来发挥性能。这使得这种材料总体优于土工布类材料，而且还克服了土工布这类材料分隔了土体，不能充分发挥土体自身抗剪强度的弱点。加固补强材料表面糙度及机械嵌锁性是发挥其与土体界面效应的重要条件。土工格栅、土工格网的节点厚度远大于筋条厚度，加大了表面与土体界面的摩擦，机械咬合作用远大于土工布。当粒状填料堆积在土工格栅上时，部分填料穿过网孔，并与下部土层相嵌，使网孔受到的拉力负荷转变成周围土体中的压应力，使嵌锁土体受到压缩、包裹作用。格栅与土体形成一个稳定的、有一定模量的，能抵抗水平剪力的类似柔性平面的复合结构。所用的筋材层数愈多，填料愈密实，其加固效果越好。为充分发挥筋材的抗拉特性，土工格栅铺设时，应尽可能拉紧铺平，从而给加筋材一个预拉力，并应注意筋材间的搭接与固定。当很软的地基可能产生很大变形时，铺设的土工合成材料通过其承受的拉力和与土的摩擦作用可增大侧向限制，阻止土的侧向挤出，从而减小变形，特别是侧向变形，增大了地基的稳定性。通常可采用将土工材料反包回折的方式以进一步增强侧向限制的作用。
②加筋土工作机理
土工合成材料用于加筋土时，其作用与其他筋材的加筋土相似。加筋土是一种土和抗拉筋材的组合体，通过土与加筋之间的摩擦力使之成为一个整体，提供锚固力保证支挡建筑物的稳定。土工合成材料的这种筋材是相对柔性的，对于一般无加筋的无黏性水平半无限土体，随着横向变形的逐渐增大，土楔体从静止状态变为主动状态而破坏，如果在水平方向埋置有拉筋，则拉筋之间的土层上下被拉筋压紧，土和拉筋之间的摩擦充分作用，如果各拉筋层非常靠近，则横向变形就和拉筋的变形相等。一般拉筋的弹性模量要比土的弹性模量大若干倍，所以横向变形甚小，可以忽略不计。只要拉筋不发生破坏，土体内部应力状态几乎不变，于是无黏性土在加筋方向获得和拉筋的抗拉强度相适应的表观黏聚力，如对应于荷载条件，适当地配置加筋，加筋土就成为能够同时支承外力和自重的结构体。实际应用中加筋提供的补强和稳定作用主要是侧向应变和加筋的刚度。土工合成材料除大量应用于软弱地基的加固外，在路堤边坡的分层加筋中已得到大量应用，以防止边坡的溜坍、滑坡，提高边坡稳定性，同时可增大坡度比，减少占地面积。国外已有较成熟的应用方法和计算方法，如英国NETLON（耐特龙）公司已开发出相应计算软件，美国、意大利应用也相当普遍，目前国内的应用已趋于成熟，在大量工程实践中，国内专家已总结出一套适宜国内工程施工的设计方法。

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