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1、岩土工程研究所 第十二章土工合成材料加筋技术地基处理技术地基处理技术岩土工程研究所土工合成材料加筋技术土工合成材料加筋技术第一节第一节 加筋法与土工合成材料加筋法与土工合成材料 加筋法是在土中加入加筋法是在土中加入条带、纤维或网格条带、纤维或网格等筋才，等筋才，构成加筋土，从而改善土的力学性能，提高土的强构成加筋土，从而改善土的力学性能，提高土的强度和稳定性。度和稳定性。土工合成材料土工合成材料(Geosynthetics)：以人工合成的聚：以人工合成的聚化物为原料制成的各类土工产品总称。由高分子聚化物为原料制成的各类土工产品总称。由高分子聚合物通过纺丝和后处理工艺制成纤维，然后加工形合物通过
2、纺丝和后处理工艺制成纤维，然后加工形成的用于岩土工程领域的建筑材料。成的用于岩土工程领域的建筑材料。岩土工程研究所土工合成材料的分类土工合成材料的分类岩土工程研究所1、土工格栅（、土工格栅（geogrid）：）：由聚乙烯或聚丙烯通过打孔、单项或双向拉伸扩孔而成由聚乙烯或聚丙烯通过打孔、单项或双向拉伸扩孔而成，孔格尺寸为，孔格尺寸为10-100mm圆形、椭圆形获长方型格栅。圆形、椭圆形获长方型格栅。土工合成材料中发展迅速的一个种类。最初的土工格栅土工合成材料中发展迅速的一个种类。最初的土工格栅由英国耐特龙由英国耐特龙(NetlonNetlon)公司制造。公司制造。19801980年前后，英国开发
3、出年前后，英国开发出经编格栅经编格栅，采用聚酯纤维材料。此外，还有，采用聚酯纤维材料。此外，还有玻纤格栅玻纤格栅。我国。我国已有上述格栅的生产能力。已有上述格栅的生产能力。岩土工程研究所单向土工格栅单向土工格栅双向土工格栅双向土工格栅双向玻纤土工格栅双向玻纤土工格栅岩土工程研究所2 2、土工织物土工织物 土工织物采用编织技术生产的可渗透的土工合成材料土工织物采用编织技术生产的可渗透的土工合成材料.分为：有纺土工织物和无纺土工织物分为：有纺土工织物和无纺土工织物 （1 1）有纺土工织物：）有纺土工织物：在普通纺织机上由单丝或多股丝织成在普通纺织机上由单丝或多股丝织成,或有薄膜切成的扁丝或有薄膜切
4、成的扁丝编制而成，编制而成，与通常的棉毛制品相似。与通常的棉毛制品相似。经纬向具有较高的强度和经纬向具有较高的强度和刚度，拉断延伸率低，过滤排水特性较差刚度，拉断延伸率低，过滤排水特性较差。有纺土工织物主要做成有纺土工织物主要做成 各种土工合成材料产品，如各种土工合成材料产品，如编织袋、防汛带、土工膜袋等。编织袋、防汛带、土工膜袋等。（2 2）无纺土工织物）无纺土工织物 由短纤维或喷丝长纤维随机铺成絮垫，再经机械缠合（针刺由短纤维或喷丝长纤维随机铺成絮垫，再经机械缠合（针刺）或热粘，或化学粘合而成。与通常的毛毯相似。）或热粘，或化学粘合而成。与通常的毛毯相似。具有低到中具有低到中等的强度和高断
5、裂延伸率，过滤排水性能良好等的强度和高断裂延伸率，过滤排水性能良好。无纺土工织物主要用途是作为排水反滤层。无纺土工织物主要用途是作为排水反滤层。岩土工程研究所无纺土工布无纺土工布有纺土工布有纺土工布岩土工程研究所3、土工网、土工网 由连续的聚合物肋条以一定角度的连续网孔平行由连续的聚合物肋条以一定角度的连续网孔平行挤出而成。较大的孔径使其形成了像网一样的结构，挤出而成。较大的孔径使其形成了像网一样的结构，同时能承受一定的法向压力孔径不显著减小。同时能承受一定的法向压力孔径不显著减小。主要功能主要应用于排水领域。在土中需和外包无主要功能主要应用于排水领域。在土中需和外包无纺土工织物反滤层构成土工
6、复合材料。纺土工织物反滤层构成土工复合材料。三维土工网三维土工网土工网土工网岩土工程研究所土工网作用：土工网作用：草皮长成前，可保持土地表面免遭草皮长成前，可保持土地表面免遭风雨的侵蚀。风雨的侵蚀。与植物形成的复合与植物形成的复合保护层可经受高水位、大流速的水保护层可经受高水位、大流速的水流冲刷。流冲刷。可替代混凝土、沥青、可替代混凝土、沥青、块石等坡面材料，主要用于公路、块石等坡面材料，主要用于公路、铁路、河道、堤坝、山坡等坡面保铁路、河道、堤坝、山坡等坡面保护。护。效益：效益：可大幅降低工程造价，造价为混凝可大幅降低工程造价，造价为混凝土护坡和干砌石护坡的土护坡和干砌石护坡的1/71/7，
7、浆砌，浆砌块石护坡的块石护坡的1/81/8。采用高分子材料以及抗紫外线稳定采用高分子材料以及抗紫外线稳定剂，其化学稳定性高，对环境无污剂，其化学稳定性高，对环境无污染（降解型的网垫二年后在土中不染（降解型的网垫二年后在土中不留痕迹）留痕迹）施工简便，将地表平整后，即可施施工简便，将地表平整后，即可施工工。岩土工程研究所高密度聚乙烯高密度聚乙烯土工膜土工膜4 4、土工膜、土工膜 由聚氯乙烯、聚乙烯、氯化聚乙等制成的渗透性很低由聚氯乙烯、聚乙烯、氯化聚乙等制成的渗透性很低的膜或薄片，分为加筋与不加筋两类，厚度的膜或薄片，分为加筋与不加筋两类，厚度0.25-4mm0.25-4mm，幅，幅度度1.5-
8、10m1.5-10m。岩土工程研究所土工膜用于垃圾填埋场防渗土工膜用于垃圾填埋场防渗岩土工程研究所复合土工膜复合土工膜一布一膜一布一膜二布一膜二布一膜岩土工程研究所5 5、土工格室、土工格室 菱形或蜂窝网状土三维工合成材料，厚度菱形或蜂窝网状土三维工合成材料，厚度5-20cm,5-20cm,空格空格尺寸约尺寸约80-400mm.80-400mm.格中充填土、砂和碎石。格中充填土、砂和碎石。岩土工程研究所筋材：土工织物、土工格栅筋材：土工织物、土工格栅和土工格室。和土工格室。作用作用：l提高路堤和地基稳定性提高路堤和地基稳定性l减小不均匀沉降减小不均匀沉降岩土工程研究所作陡变坡，节省用地作陡变坡
9、，节省用地岩土工程研究所2、路面及基层加筋、路面及基层加筋筋材：筋材：无纺土工织物，土工格栅无纺土工织物，土工格栅铺设位置：铺设位置：1.1.新建沥青路面面层底部；新建沥青路面面层底部；作用：减少半刚性基面对沥青作用：减少半刚性基面对沥青 路面面层反射裂缝；路面面层反射裂缝；2.2.旧沥青路面、混凝土路面旧沥青路面、混凝土路面上的沥青加铺层底部；上的沥青加铺层底部；作用：减少或延缓旧路面对沥作用：减少或延缓旧路面对沥青加铺层的反射裂缝。青加铺层的反射裂缝。岩土工程研究所3 3、加筋挡土墙、加筋挡土墙筋材：土工格栅筋材：土工格栅 作用：拉筋作用作用：拉筋作用武汉大学加筋挡土墙武汉大学加筋挡土墙岩
10、土工程研究所岩土工程研究所4、防护、防护 土工模袋坡面防护、河岸防冲刷土工模袋坡面防护、河岸防冲刷岩土工程研究所4、防护、防护 坡面防护、河岸防冲刷、防路面反射裂缝坡面防护、河岸防冲刷、防路面反射裂缝岩土工程研究所反滤：使用土工织物作过滤层，允许水流过土工织物，但细粒土反滤：使用土工织物作过滤层，允许水流过土工织物，但细粒土不会大量进入排水集料或管中。不会大量进入排水集料或管中。在同样反虑效果时，土工格栅材料质量只有沙层的在同样反虑效果时，土工格栅材料质量只有沙层的1/1000-1/10000岩土工程研究所 将土工合成材料置于两种不同特性材料之间，防止不同土壤层将土工合成材料置于两种不同特性材
11、料之间，防止不同土壤层（通常（通常为细粒土层和粒状排水土层）颗粒的相互混合。为细粒土层和粒状排水土层）颗粒的相互混合。岩土工程研究所 防止液体渗漏、气体挥发，保护建筑物安全。防止液体渗漏、气体挥发，保护建筑物安全。岩土工程研究所 表面摩擦表面摩擦1、筋材的应力传递、筋材的应力传递：筋材水平铺于土中，高抗拉强度筋材水平铺于土中，高抗拉强度、高模量的筋材于土界面应力传递、高模量的筋材于土界面应力传递方式：表面摩擦和利用横杆的被动方式：表面摩擦和利用横杆的被动抗力。抗力。（1）依靠表面摩擦力传递依靠表面摩擦力传递 上覆压力和筋土间摩擦角越大，上覆压力和筋土间摩擦角越大，传递的摩擦力越大；筋材表面越粗
12、糙传递的摩擦力越大；筋材表面越粗糙，土粒径越大且带有棱角，传递的摩，土粒径越大且带有棱角，传递的摩擦力越大。擦力越大。筋材应有足够的强度和弹模，保证筋材应有足够的强度和弹模，保证筋土间产生错动前不被拉出。筋土间产生错动前不被拉出。岩土工程研究所2 2、依靠筋材横杆被动土抗力传递（格栅、格室）、依靠筋材横杆被动土抗力传递（格栅、格室）格栅与土发生相格栅与土发生相对位移时，除有摩擦对位移时，除有摩擦抗力外，格栅横杆侧抗力外，格栅横杆侧面受到与之垂直的被面受到与之垂直的被动土压力。动土压力。加筋作用机理加筋作用机理侧压力赠量理论侧压力赠量理论 与无加筋土比较，加筋土限制土的侧向位移，等效于给土体施加
13、与无加筋土比较，加筋土限制土的侧向位移，等效于给土体施加了一个侧压力增量。了一个侧压力增量。视凝聚力理论视凝聚力理论 与无加筋土比较，加筋土的凝聚力有很大提高，内摩擦角基本不与无加筋土比较，加筋土的凝聚力有很大提高，内摩擦角基本不变。变。岩土工程研究所 图（图（a a）为未加筋的土单元，当保持为未加筋的土单元，当保持 3 3不变，不变，1 1增加时，增加时，土单元体产生竖向压缩和侧向膨胀。随着土单元体产生竖向压缩和侧向膨胀。随着 1 1逐渐增大，在竖向逐渐增大，在竖向变形增大的同时侧向膨胀也越来越大，直至破坏，其相应的极变形增大的同时侧向膨胀也越来越大，直至破坏，其相应的极限应力圆为图（限应力
14、圆为图（c c）中的中的A A圆。圆。vh/21f1f1fvBA1f3f3f3f3f3f1f1f()avh/21f1f1fvBA1f3f3f3f3f3f1f1fc ()c岩土工程研究所 假如在土单元中设置水平向拉筋，如图（假如在土单元中设置水平向拉筋，如图（b b）所示，通过拉所示，通过拉筋与土颗粒之间的摩擦作用，把引起侧向膨胀的力传递给拉筋，筋与土颗粒之间的摩擦作用，把引起侧向膨胀的力传递给拉筋，土体的侧向变形受到约束，则在与图（土体的侧向变形受到约束，则在与图（a a）相同的极限作用下，相同的极限作用下，由于侧向变形较小，土单元就不会破坏。只有当竖向应力从由于侧向变形较小，土单元就不会破坏
15、。只有当竖向应力从 1 1f f增加到增加到 1 1f f+1 1f f 时，加筋的土单元才破坏，如图（时，加筋的土单元才破坏，如图（c c）中的中的B B圆圆。这时的强度包线如图（。这时的强度包线如图（c c）中的虚线所示。实验证明，有加筋中的虚线所示。实验证明，有加筋作用时，土体的内摩擦角作用时，土体的内摩擦角 与未加筋土体相近，所不同的是增加与未加筋土体相近，所不同的是增加了内聚力，因此，加筋作用相当于使土体增加了内聚力。了内聚力，因此，加筋作用相当于使土体增加了内聚力。vh/21f1f1fvBA1f3f3f3f3f3f1f1fc ()a()b()c岩土工程研究所 在三轴试验中，用土工织
16、物加筋与未加筋土体的应力应变在三轴试验中，用土工织物加筋与未加筋土体的应力应变关系如下图所示。当应变较小时，加筋对土的应力应变关系关系如下图所示。当应变较小时，加筋对土的应力应变关系基本上无影响。当应变达到某一界限时，加筋对土的应力应基本上无影响。当应变达到某一界限时，加筋对土的应力应变关系的影响逐渐显著，强度随土的应变增大而增大。加筋变关系的影响逐渐显著，强度随土的应变增大而增大。加筋对土的抗剪强度提高在产生较大的应变后才得以发挥对土的抗剪强度提高在产生较大的应变后才得以发挥。v 0 221 未加筋 加筋 加筋土应力应变关系加筋土应力应变关系岩土工程研究所第三节第三节 加筋土的应用加筋土的应用 一、加筋土垫层一、加筋土垫层 加筋土垫层就是在垫层中水平铺设一层或数层土工加筋土垫层就是在垫层中水平铺设一层或数层土工合成材料形成的复合垫层。加筋垫层加固地基的原理是合成材料形成的复合垫层。加筋垫层加固地基的原理是：通过垫层中土工加筋带的作用，增强了垫层的整体性：通过垫层中土工加筋带的作用，增强了垫层的整体性和刚度，可调整不均匀沉降；由于垫层刚度增大的影响和刚度，可调整不均匀沉降；由于垫层刚度
