土工合成材料性能范文篇1

【关键词】土工合成材料软土不均匀沉降

1软土的定义和特性

软土是自然历史的产物，是随着古地理、气候、沉积环境的变化而形成的。一般是指在滨海、湖泊、谷地、河滩沉积的天然含水率大于30%，其液限一般在34%--43%的范围内，塑性指数大部分在15―20之间，天然空隙比大于1的土。如淤泥和淤泥质土，以及其他高压缩性饱和粘性土、粉土。

由于软土的生成环境及粒度、矿物组成和结构特征，结构性显著且处于形成初期，故具有以下物理力学特性：

（1）颜色以深色为主，粒度成分以细颗粒为主，有机质含量高；

（2）天然含水量高，容重小，天然含水量大于液限；

（3）天然孔隙比大，一般大于1.0；

（4）渗透系数小，一般小于10-6cm/s，沉降速度慢，固结完成所需时间长；

（5）粘粒含量高，塑性指数大；

（6）高压缩性，压缩系数大，基础沉降大，般压缩系数大于

0.5MPa-1；

（7）强度指标小，快剪凝聚力小于l0kPa，内摩擦角小于50；固结快剪的强度指标略高，凝聚力小于15kPa，内摩擦角小于100度；

（8）灵敏度高，灵敏度一般在2―10之间，有时大于10，具有显著的流变特性。

（9）在荷载作用下一般会产生较大的沉降变形或失稳。

2土工合成材料的分类及性能指标

土工合成材料是以人工合成的聚化物为原料制成的各种类型产品。可置于岩土或其它工程结构内部、表面或各种结构层之间，具有过滤、防渗、隔离、排水、加筋和防护等多种功能，发挥加强、保护岩土或其它结构功能的一种新型岩土工程材料。

一般将其分为土工织物、土工膜、土工复合材料和土工特种材料等。

表征土工合成材料的性能指标一般可分为物理性能指标、力学性能指标、水力性能指标、土工合成材料与土相互作用指标及耐久性指标等。

3土工合成材料在软土路基加固中的作用机理

3.1约束地基侧向位移，提高地基承载力

土有一定的抗压强度，但抗剪强度很弱。土工合成材料在垂直荷载作用下，地基产生压缩沉降和侧向位移，此时土工合成材料受拉，故而能支承部分竖向荷载，土工合成材料与地基之间的摩阻力还可约束地基侧向位移从而提高地基的承载力。

3.2隔离、分散应力

铺设在软弱地基上的土工合成材料将上部填料与地基土隔离开来，具有的抗拉强度和良好的变形性能，使得填料与地基土的接触部分具有相对刚度，从而将上覆荷载较均匀地分散到较大范围的地基上，提高了地基承载力。工程实践证明，控制加载速率的条件下，铺设土工布后地基承载力比天然地基承载力提高约12.8%。同时，在不同性质的填料分层面上，铺设土工合成材料使不同性质的填料互不掺杂，保持其结构性能。

3.3防渗、排水

土工膜和复合型土工膜（两布一膜等）具有防止水流渗透的良好性能，它们通常被当作土工结构物的防渗层。土工合成材料的排水作用表现在它能使土体中的水分汇集到它的表面并沿着这个表面排出。在沼泽、盐渍土等软弱地基处理中通常利用土工布来隔断毛细水或地下水上升。

3.4边坡加固

边坡加固作用表现为两种形式，一是将土工合成材料铆钉在边坡的表面，结合边坡绿化等措施实现边坡防护功能，二是将特定的土工合成材料平铺到边坡内部一定的深度，借助材料的抗拉强度来加固边坡。在膨胀土路基设计或既有路基加宽设计时，通过在边坡一定深度内分层铺设土工格栅等具有一定抗拉强度和变形性能的土工合成材料来加固边坡。

3.5减小不均匀沉降

通常土工合成材料与碎石层共同作为一层，这层具有与路堤本身和软土地基不同的刚度，通过这一垫层将堤身荷载传到软土地基中去，它既是软土固结的排水面，又是路堤的柔性筏基，因此可使地基变形均匀，且路堤中心沉降量比不铺土工合成材料时要小。

4设计检算

4.1稳定性验算

土工合成材料加筋路基的稳定性包括地基与堤身的整体稳定性、堤身稳定性、平面滑动稳定性。各项稳定性的安全系数不得小于表l规定的值。

4.1.1加筋路堤整体稳定性

加筋路堤稳定性分析的计算方法，常采用圆弧条分法进行。计算时应假设若干个穿越地基土的滑弧。以求得安全系数最小值和相应的临界滑动面。计算常采用瑞典法和荷兰法两种计算模型。瑞典法计算模型是假定土工合成材料的拉力总是保持在原来铺设方向。如图1所示，则安全系数最小值和相应的临界滑动面可按下式计算：

（1）

式中：-第i土条土重，KN/m

-第i土条土体粘聚力，kPa

-内摩擦角

-第j层土工合成材料设计抗拉强度，KN/m

-第i层土条所受地震水平力，KN/m

其余符号含义如图1所示。

4.1.2加筋路堤的堤身稳定性

采用圆弧条分法按公式（1）计算，此时不考虑地震力。在计算时应在堤身范围内假定不同的滑弧，求得安全系数的最小值和相应的临界滑动面。

4.1.3加筋路堤的平面滑动稳定性

当堤下地基是浅层软弱土层或相对于路堤荷载浅层地基土强度较低时，应验算加筋路堤的平面滑动稳定性。加筋路堤平面滑动表现圩堤与地基沿下卧硬土层顶面滑动和地基侧向挤出滑动。

（1）下卧硬土层顶面滑动的稳定性计算采用式（2），其相应的计算图如图2所示。在计算中应假定d、C点位于堤脚线，变换线位置形成不同的滑动面，求出安全系数的最小值。

（2）

式中：-ab面的主动土压力，KN/m

-cd面的被动土压力，KN/m

-硬土层侧面的抗滑力，KN/m

Q-作用于土体abcd上的地震水平力，KN/m

（2）地基土侧向挤出滑动的稳定计算采用公式（3），其相应的计算图示如图3所示。在计算中应假定abcd土体不同位置以及不同的b、C两点距离，求出安全系数的最小值。

（3）

式中：分别为地基软土层与土工合成材料界面的粘聚力和摩擦角。

Q为作用于土体abcd上的地震水平力，KN/m

其余符号意义相同。

4.2复合地基承载力计算

软土地基在铺设土工织物后地基极限承载力为以下三项之和，即为没有铺设土工织物时，原天然地基的极限承载力；在荷载作用下，地基的沉降使土工织物发生变形而承受拉力所产生的垂直分力；土工织物阻止隆起而产生的平衡镇压作用的效应.土工织物加筋复合地基的极限承载力计算公式：

（4）

式中：-土的粘聚力

-地继承载力

-土工织物的抗拉强度

-基础边缘与土工织物的倾斜角

-地基底宽

-地基形状系数

-复合地继承载力

-地基变形当量半层

4.3土工合成材料铺设长度计算

加筋路堤中，土工合成材料深入到稳定土中的锚固长度，不得小于最小锚固长度，最小锚固长度采用公式（5）计算。

（5）

式中：-最小锚固长度，m

-土工合成材料设计抗拉强度，KN/m

-锚固安全系数，对于无粘性土取1.5，粘性土取2.0

-作用在某层筋材上的覆压力，kPa

-土与土工合成材料的界面摩擦系数，当计算的锚固长度小于2.0时，取为2.0。

土工合成材料的铺设长度L为滑动面内的长度与锚固长度之和，即：

L=+……………………………………………………（6）

5结语

土工合成材料具有以下的优点：经济，资料表明通常情况下，采用土工合成材料比传统方法节约30%以上的投资；施工工艺简单，进度快，轻便，劳动强度低，无须特殊机械；材料生产工厂化，材料来源基本上不受地域限制；质量控制标准化，易检测，易储存，易运输；功能复合，效果突出，适用领域更加广阔；环保，施工无噪音，对水源、大气污染小。基于这些优点土工合成材料在软土地基的加固中得到了广泛的应用，但作为一种新型的合成材料对其性能以及施工工艺还有待于进一步的认识和探索。

参考文献：

[1]铁路工程没计技术手册《路基》.北京：中国铁道出版社，1992.5.

[2]包承纲.堤防工程土工合成材料应用技术-北京：中国水利水电出版社.

[3]土工合成材料应用手册.北京：中围建筑工业出版社，2000.lO.

[4]TB10035-2002，铁路特殊路基设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2002.

[5]公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，1997.

[6]钱家欢.土工原理与计算[M].北京：水利水电出版社，1996.

土工合成材料性能范文

关键词：土木工程材料，发展趋势

0引言

随着人类文明及科学技术的发展，土木工程材料的不断进步与改善。现代土木工程中，尽管传统的土、石等材料的主导地位已逐渐被新型材料所取代。目前，水泥混凝土、钢材、钢筋混凝土已是不可替代的结构材料；新型合金、陶瓷、玻璃、有机材料及其他人工合成材料各种复合材料等在土木工程折中占有愈来愈重要的位置。

1土木工程材料现状及要求

与以往相比，当代土木工程材料的物理力学性能也已获得明显改善，随着现代陶瓷与玻璃的性能改进，其应用范围也有明显的变化。例如水泥和混凝土的强度、耐久性及其他功能均有所改善。随着现代陶瓷与玻璃的性能改进，其应用范围与使用功能已经大大拓宽。此外，随着技术的进步，传统的应用方式也发生了较大变化现代施工技术与设备的应用也使得材料在工程中的性能表现比以往好为现代土木工程的发展奠定了良好的物质基础。尽管目前土木工程材料在品种与性能上已有很大的进步，但与人们对于其性能要求的期望值还有较大差距。首先工程中的性能表现比以往好为现代土木工程的发展奠定了良好的物质基础。尽管目前土木工程材料在品种与性能上已有很大的进步，但与人们对于其性能要求的期望值还有较大差距。

1.1从土木工程材料的来源来看

鉴于土木工程材料的用量巨大，尤其在应用方面，经过长期使用的不断累积，单一品种或数个品种的原材料来源已不能满足其持续不断的发展的需求。尤其是历史发展到今天，以往大量采用的粘土砖瓦和木材等已经给社会的可持续发展带来了沉重的负担。论文参考网。从另一方面来看，由于人们对于各种建筑物性能的要求不断提高，传统建筑材料的性能也越来越不能满足社会发展的需求。为此，以天然材料为主要材料的时代即将结束，取而代之的将是各种人工材料，这些人工材料将会向着再生化、利废化、节能化和绿色化等方向发展。

1.2从土木工程对材料技术性能要求的方面来看

技术性能的要求也越来越多，各种物理性能指标的要求也越来越高，从而表现为未来建筑材料的发展具有多功能和高性能的特点。具体来说就是材料向着轻质高强、多功能、良好的工艺性和优良耐久性的方向发展。

1.3从土木工程材料应用的发展趋势来看

为满足现代土木工程结构性能和施工技术的要求，材料应用也向着工业化的方向发展。例如，水泥混凝土等结构性能向着预制化和商品化的方向发展，材料向着半成品或成品的方向延伸，材料的加工、贮存、使用、运输及其他施工技术的机械化、自动化水平不断提高，劳动强度逐渐下降。这不仅改变着材料在使用过程中的性能表现，也逐渐改变着人们对于土木工程使用的手段和观念。

2新型土木工程材料——绿色建材

土木工程材料行业对资源的利用和对环境的影响都占据着重要的位置，在产值、能耗、环保等方面都是国民经济中的大户，为了保证源源不断地为工程建设提供质量可靠的材料，避免新型材料的生产和发展对环境造成危害，因此绿色建材”应运而生。目前正在开发的和已经开发的绿色建材和准绿色建材主要以下几种：

第一、利用废渣类物质为原料生产的建材，这类建材以废渣为原料生产砖、砌块、材板及胶凝材料，其优点是节能利废，但仍需依靠科技进步，继续研究和开发更为成熟的生产技术，使这类产品无论是成本上，还是性能方面真正能达到绿色建材标准。

第二、利用化学石膏生产的建材产品，用工业废石膏代替天然石膏，利用先进的生产工艺和技术可生产各种土木建筑材料产品。这些产品具有石膏的许多优良性能，开辟石膏建材的新来源，并且消除了化工废石膏对环境的危害，符合可持续发展战略。

第三、利用废弃的有机物生产的建材产品，以废塑料、废橡胶及废沥青等可生产多种土木工程材料，如防水材料、保温材料、道路工程材料及其他室外工程材料。这些材料消除了有机物对环境的污染，还节约了石油等资源，符合在资源可持续发展方面的基本要求。

第四、利用各种代木材料，用其他废料制造的代木材料在生产使用中不会有害人的身体健康，利用高兴技术使其成本和能耗降低，将是未来绿色建材的主要发展方向。

第五、利用来源广泛的地方材料为原料，利用高科技生产的低成本健康建材，不同的地区都可能有来源丰富、不同种类的地方材料，根据这些地方的性质和特点，利用现代技术，可生产各种性能的健康材料。如某些人造石材、水性涂料、某些复合性材料也是绿色建材的发展方向。

3土木工程材料的发展趋向

众多现象表明进入21世纪以后，在我国甚至是全世界范围内，土木工程材料的发展应具有以下的一些趋向：

研制高性能材料，例如研制轻质、高强、高耐久性、优异装饰性和多功能的材料，以及充分利用和发挥各种材料的特性，采用复合技术，制造出具有特殊功能的复合材料。

充分利用地方材料，尽量减少天然资源，大量使用尾矿、废渣、垃圾等废弃物作为生产土木工程材料的资源，以及保护自然资源和维护生态环境的平衡。论文参考网。

节约能源，采用低能耗、无环境污染的生产技术，优先开发、生产低能耗的材料以及能降低建筑物使用能耗的节能型材料。论文参考网。

材料生产中不得使用有损人体健康的添加剂和颜料，如甲醛、铅、镉、铬及其化合物等，同时要开发对人体有益的材料，如抗菌、灭菌、除臭、除霉、防火、调温、消磁、防辐射、抗静电等。

产品可循环在再生和回收利用，无污染废弃物，以防止二次污染。

总结：总而言之，土木工程材料往往标志一个时代的特点。土木工程材料的发展的过程是随着社会生产力一起进行的，它和工程技术的进步有着不可分割的联系。工程中选材料时通过对环境的影响对后来人的影响来决定土木工程材料的好换，在未来，基于材料原有的性质的基础上，可持续发展”将是衡量建筑工程的一把尺子。

参考文献：

[1]《土木工程材料》中国建材工业出版社王福川著

[2]《土木工程材料》重庆大学出版社彭小芹主编

[3]《土木工程材料》武汉理工大学出版社陈志源、李启令主编

[4]《土木工程概论》武汉理工大学出版社罗福午著

[5]《土木工程材料》天津大学出版社阎西康、赵方冉、伉景富、韩龙军

土工合成材料性能范文

关键字：土工合成材料沥青混合料新型彩色透水混凝土前景展望

中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：

所谓的绿道就是指的是与人为开发的景观相交叉的一种自然走廊，根据条件和功能的不同一般可以把绿道分为城市河流型、游憩型、自然生态型、风景名胜型以及各种条件和功能相结合的综合型。在进行绿道施工的时候要注意和所在景观的结合，达到一种道路与景观的完美匹配。随着科学技术的发展有很多新的材料和技术被应用到绿道的施工当中，每一种新材料在绿道施工中都有着各自的优越性，要结合环境和功能的要求，对新材料进行合理地选择，实现绿道施工和景观的完美结合。

1土工合成材料

土工合成材料是一种高分子聚合物产品，作为新型环保材料，在工程建设各个领域均得到广泛应用，土工合成材料在早期曾被称为“土工织物”和“土工膜”。随着工程需要，这类材料不断有新的品种出现，例如土工格栅、土工网和土工模袋等，为此，1994年在新加坡召开的第五届国际土工合成材料学术会议上，正式确定这类材料的名称为“土工合成材料”。目前常见的土工合成材料主要有：铜胎基复合防水材料、聚氯乙烯卷材（PVC）、热塑性聚烯烃卷材（TPO）、合金卷材（PSS）、高密度聚乙烯土工膜卷材（HDPE）、聚乙烯胎高聚物改性沥青卷材（PPE）、聚乙烯丙纶卷材配套胶粘料、EVA高分子复合自粘材料等。土工合成材料有质量轻，抗拉强度高，综合性强等突出特点,并且具有防渗、加筋、隔离、排水、过滤、保护等特性,而且经久耐用、施工快速、操作简单、储运方便、造价较低，已经广泛应用于道路绿化带、堤坝和水力的施工、抗洪抢险带、房屋地基等多种领域，能有效减少水土流失，保护山体、边坡、渠道、河岸的稳定等[1.2]。因为这种新材料以上的特点我们可以把这种材料应用在绿道施工的各种类型的绿道施工，它可以满足各种类型绿道的建设中，所以这种材料在绿道施工应该被广泛应用。

2沥青混合料

作为粘弹性材料的沥青混合料的物理性能会受到负荷以及温度的影响，从而产生永久性变形，如拥包、推移、车辙等，在道路实际应用中发现在常用汽车荷载基础上，夏季气温若在25度－35度时沥青混合料的路面就容易发生永久变形，也就是说路表温度在40度以上时就会超过沥青软化的上限温度，且荷载的加重跟温度的变化有一定关系，从而导致变形情况愈加严重。因此在绿道的铺设过程中，必须保证沥青混合料均匀稳定性，使沥青混合料的组成及其性状在生产、运输、摊铺、碾压等过程中时刻保持均一，稳定不变的性质，其中包括矿料级配的均匀稳定性，混合料的油石比的均匀稳定性，在均匀稳定的温度下实行粗细集料的分离而实现矿料离析，同时保证铺层厚度、压实度、平整度的均匀稳定性等。排水沥青混合料，可以降低路面噪声的中、高频率部分的噪声水平，从而降低了的路面噪声总和，是环境效果最好的一类材料。由于人的听觉对高频噪声较敏感，因此，在计算总体的叠加噪声时，高频噪声的比重数较大，降低高频噪声对总噪声的降低最为有效。排水性沥青混合料路面正是有效降低了中、高频噪声，结合绿化带的树木，相补相称，其降噪效果明显降低[3]。由于降噪效果的显著性，这种材料可以广泛的应用在游憩型、生态型、风景名胜型以及综合型的绿道的施工当中。现在更有一种彩色沥青材料，又能在视觉上给人们带来享受。下图显示彩色沥青的简易做法示意图。

3彩色混凝土

彩色混凝土是近几年来兴起的一种具有装饰性能的新型混凝土材料。在我国，现阶段的彩色建筑混凝土的发展以及应用处于初步阶段，其相关研究以及工程中的应用较少，但是在国际上，其以得到广泛应用。彩色原材料的选择影响着混泥土的性能，颜料，水泥、骨料、高效减水剂等，其中颜料必需是具备较好的分散性和较强的着色能力，采用黄、绿、蓝等彩色混凝土时，最好使用白水泥，骨料如砂、石含泥量要小，以避免集料色泽对颜料呈色的干扰，尽量选择聚羧酸系高效减水剂。我国城市建设的高速发展,人们对生活、居住环境,出行的绿道要求越来越高,建设环境友好型的道路的需求与日俱增，彩色混凝土路面面以其多姿多彩的独有魅力越来越受到人们的青睐，通过板块形状和色彩的组合,可设计出新颖、美观的图案,与道路两旁的树木花草相得益彰，极大的展现的了绿色城市，让你们在出行中得到视觉享受，即达到了使用功能,又提升了道路的美观。为节省成本一般彩色混凝土路面只有表面3-4mm才是彩色。下图简单显示彩色混凝土的做法。

4新型透水彩色混凝土

彩色透水混凝土是一种新型绿色建材,由透水混凝土专用胶结剂、碎石、水组成，彩色透水混凝土路面具有良好的透水性,雨水可以下渗，晴天的时候土壤中水气“跑”上来，地表与空气热量与水分形成交换，可有效降低地表温度，

增加道路两旁湿度，调节气温，有些专家把透水混凝土对城市的生态保育功能比喻成“城市的呼吸器”，能较快消除道路、广场的积水现象,同时又拥有合理的彩色配置,具有装饰性,改变了混凝土在人们心中惯有的灰暗的印象,和道路绿化融为一体,整体效果非常协调。最近几年城市由于各种原因很容易发生内涝，尤其是些大城市，如武汉，北京等。城市一旦发生内涝后果严重，彩色透水混凝土可以缓减内涝，保证交通的正常秩序，减少各方面的损失。

4.0彩色透水混凝土的施工工艺流程：为了确保彩色透水性混凝土路面工程质量，施工时应该作好施工的组织、材料、大型机械的准备，严格按照施工工艺流程进行施工如下图，确保工程质量。

施工工艺流程

4.1彩色透水混凝土的施工材料:所采用的水泥为硅酸盐水泥（普通硅酸盐水泥），强度等级要在42.5级以上，质量要符合国家标准。碎石,透水混凝土面层及基层的碎石的粒径不同，为了增加稳定性、强度及其视觉效果，面层骨料粒径最好选择较小的单一粒级（2.5mm～5.0mm或5.0mm～10.0mm），人工的碎石或卵石粒为较好的选择。骨料要表面洁净、颗粒均匀。着色剂，彩色透水混凝土的颜色是透水混凝土混合料添加着色剂配制的，但水泥应采用白色硅酸盐水泥，在42.5级以上，这样就可以使彩色透水混凝土的颜色亮丽、鲜艳。着色剂要耐光性好，且不溶于水。可用铬绿、铬黄、氧化铁黑、氧化铁黄、氧化铁红。下图简单显示彩色透水混凝土的做法。

4.2彩色透水混凝土的排水原理：由于透水混凝土在使用材料方面的特殊性，混凝土本身具备一定的透水功能，路面基层也配套做成具有一定蓄水能力的结构，雨天雨水通过透水面层渗入道路的基层和路床，晴天又可以将下面的水吸上来，实现美化环境的切实效果，可多在这些地方周围种植环保型的植物，当雨水经渗透混凝土到达下面的土层时，植物就可以利用其庞大的根系吸收一部分用于光合作用，另外一些多余的水渗透到地下补充地下水，如此就无须再修建专门的排水设施，这样不仅保证了生态的平衡，还能有效的减少了城市雨水的排放量，也增加了环保效应的价值，可以更新道路的空气，给人以清新的感觉，也体现了绿色的理念。

4.3彩色透水混凝土的质量检验：(1)眼观，道路的色彩与表面质感效果应和样板保持一致，无明显色差和质地区别。检验方法为目测，6m，视觉上无明显色差和质感变化的就可视为色彩和质感一致。(2)测量，每相隔100m的2个路面取5个点(面积约为0.4-1m2)，每点用1000ml水缓缓倒下，5s内积水应消失呈现无积水现象即为合格路面。(3)各类性能执行标准，抗冻性应按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(BGJ82-85)检验标准进行。道路透水胶筑透水彩石抗压强度和抗折强度应按现行国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)进行，透水彩石强度等级应以20℃±5℃干燥环境,龄期为3d的标准试块的试验结果为准[4.5]。

彩色透水混凝土路面只要选择好优质的材料，严格控制施工工艺，不做豆腐渣工程，即能达到预期的质量。彩色透水混凝土路面不仅在保证路面透水性能和承载要求的前提下，使路面可以随心所欲地呈现出不同的色彩搭配，加上道路两旁的环保树，不仅美化城市环境，也能更好地调节了道路与自然之间的和谐关系，同时还减少了排水设施的投资，是一种适合于各种类型绿道施工的新材料。

表一新材料在绿道施工中的应用

前景展望

土工合成材料、沥青混合料、彩色透水混凝土作为一种新的环境友好型、生态和谐型的道路材料，具有良好的特性，可规模化应用于绿化道路、园林铺装等，加上道路两旁的环保树木，既可以增加道路的质量，也可以美观道路，可以使得绿道和周围的景观完美的结合，在以后的绿道发展中潜力巨大，有很大的市场价值。

参考文献：

[1]于雯，陈凯，任强.土工合成材料在屋顶绿化中的应用研究.福建轻纺[J],2011（01）：54-56.

[2]孙长春.沥青混合料的均匀稳定性及其质量控制.科技信息[J],2012（9）：359-360.

[3]刘宇衡.浅谈彩色混凝土施工要点.低温建筑技术[J],2009（12）:79-80.