土木工程合成材料拉伸测试的影响要素

宋盘玉　程鹏

【摘要】土工合成材料拉伸试验结果会受到一些因素的影响使准确性出现波动。众所周知，土工合成材料可以用于制作成各种产品，并且能够发挥加强或保护土体的作用，因此研究土工合成材料（防水板、土工布）试验中温度及湿度对拉伸强度、伸长率的影响对我们生活各个方面都有重大意义。首先阐述了对土工合成材料的理解，其中主要分析防水板、土工布两种土木合成材料，然后通过实验进行探讨和分析温度以及湿度对防水板、土工布两种土木合成材料拉伸强度、伸长率的影响，最后得出结论。

一、前言

如今土工合成材料已经遍布我们生活的各个角落，土木合成材料拉伸强度、伸长率的高低也密切关系到我们许多设施的质量，因此对土木合成材料进行试验来探讨温度和湿度对拉伸强度、伸长率的影响是必须的。不同的项目工程对土木合成材料有不同的要求，土工合成材料在我国广泛应用。随着技术水平的不断发展，该项技术也更加成熟。

二、土工合成材料的概述

土工合成材料的总称是土木工程应用的合成材，是一种建筑复合材料，一般是以人工合成的聚合物为原料制造的产品，这些聚合物包括塑料化纤等。土工合成材料一般大量应用于岩土工程和土木工程中，其作用是将这些材料置于土体内部和各种土体之间，用来加强和保护土体免收破坏的作用。

土工合成材料的原材料是从石油、煤和天然气中提炼化学物质然后制成的高分子聚合物，再对这些材料进行加工最后制成纤维和材料片材直至成品。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯（PE）、聚酯（PP）、聚酰胺（PER）、聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）、氯化聚乙烯（CPE）、聚苯乙烯（EPS）等。土工合成材料之所以被广泛应用是因为其具有重量轻、方便施工、耐腐蚀、质优价廉等特点。

三、土工合成材料的特点

土工合成材料具有隔离、防渗、反滤、排水、防护、加筋等作用，广泛应用于路、桥与支挡工程、闸、坝工程、护岸工程、港湾及海岸工程、防汛抢险工程、地下工程、农田水利工程、环境工程、建筑工程等领域。在生态保护方面，无论是作为一种防护结构，还是作为生态辅助措施，土工合成材料都发挥了积极的作用。应用土工合成材料作为防护结构，有利于维护河渠岸坡的稳定，防止水土流失，同时，它的多孔隙性还有利于构建适宜生物生存的生境条件，保护生物多样性和生态完整性。应用土工合成材料作为生态辅助措施，可形成生物通道、生物浮岛、生物沉床等生态结构措施，既有利于生物多样性保护，又有利于提高沟渠的自净能力，改善水质。

四、土工合成材料拉伸试验的影响因素分析

1、试验材料

本次试验研究采用的石英砂由10～20目及20～40目的石英砂按照质量比例3：1拌匀混合而成，控制砂密度为1.6g/cm3.试验研究采用6种不同类型和规格的土工合成材料，其中3种为无纺土工织物，分别记为GT1、GT2、GT3；1种为有纺土工织物，记为GT4；1种为玻纤土工格栅，记为GG5；1种为塑料土工格栅，记为GG6。

2、试验结果分析与讨论

（1）法向应力水平对试验结果的影响

根据不同条件下材料的拉伸试验结果，可得材料在不同延伸率时的拉伸割线模量.图1和图2分别为不同法向应力下GT2和GT4的侧限拉伸曲线及割线模量随伸长率的变化曲线.从图1和图2可以发现：法向应力的侧限作用对GT2（无纺土工织物）和GT4（有纺土工织物）的拉伸特性均有较大的影响，即与空气中拉伸曲线相比，侧限作用下相同伸长率对应的单宽负荷和割线模量均有较大的增长；而且这种影响随着法向应力的增大而增强。

图1给出了GG5（玻纤格栅）单宽负荷和割线模量随法向应力变化曲线.结果表明：玻纤格栅对应不同应变率的抗拉强度随法向侧限应力非线性增大，且均相较于空气中相同应变率的抗拉强度；玻纤格栅不同应变率下的割线模量同样随侧限压力增长而增长，尽管增幅比无纺土工织物小得多.

（2）拉伸速率对试验结果的影响

从图2可以看出，不同速率和不同压应力下GG6的拉伸曲线均可划分为线弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段，而且对于不同的拉伸速率，其单位宽度最大负荷比较接近，拉伸速率快时最大单宽负荷略有增大.还可以看出，不管拉伸速率如何，格栅单宽最大负荷随着法向应力的增大而增大.但是不同拉伸速率下土中拉伸的屈服阶段表现出明显的差异，即拉伸速率越慢，屈服过程越漫长，达到最大单宽负荷对应的应变越大；当拉伸速率达到4mm/min后，这种拉伸速率的影响就不再明显。

五、土工合成材料的施工方法

1、坡面铺膜防渗

关于如何运用土工合成材料在水利工程做到防渗，最主要的施工技术就是进行坡面铺设防护膜的工程模式，这种模式对施工体系和施工技术的要求最高，直接决定了工程施工工作的成败。当今工程施工中，大部分都以土石坝为主要的结构模式，因此施工方式的选用对于整个工程来说都至关重要和关键。

2、堤脚开挖和堤身削坡

堤身削坡和堤脚开挖先由人工设计，再由人工配合为辅机械施工为主的形式来完成。所以说，堤身的设计尤为关键。堤身设计一定要使坡度设计达到标准，削坡后做好仔细清理坡面的工作，做到坡面既干净又在平整度上达到标准。坡面达标后，再在提身和堤顶都要开挖止滑槽。按设计断面开挖堤脚基础，当挖到相对不透水层后再向下开挖宽1m深1m的沟槽。上述工作都准备就绪后，测量人员要对堤坡的规格做好检查备案。

3、施工铺设复合土工膜

在铺设土工膜的时候，一般最好沿着坝轴线方向垂直铺设，也可以顺着坝轴延伸的方向铺设，效果都是一样的，目的都是防渗。垂直铺设一般是资金、人力、无力都充足的情况下进行的，这样不用考虑成本问题。但是资金、人力物力短缺的情况下，就会考虑顺坝坡铺设的方案了，因为可以减少焊缝的长度。垂直铺设往往适用于高坝的铺设即通常采用坝上部分垂直坝轴线来铺设，即可满足因应力而不会导致变形的要求又能减少焊缝的特点。但是，坝底的铺设一般情况下不区分垂直还是顺坝，都会采用顺坝轴方向辐射的模式，这样即省工又减少焊缝数。施工过程中应该严格按照复合土工膜铺设时的设计及规范要求，一般步驟是从堤顶铺到坡底而不是从底部到顶部进行铺设。铺设到底部基槽出应埋入相对不透水层，之后迅速回填堤脚和上部护坡，这样做是为了避免滑坡现象的产生造成人员受伤等情况的发生。

六、结束语

综上所述，通过影响因素的分析，对于我们控制拉伸试验的准确性奠定了基础。随着技术水平的进步，新的技术应用其中，也将促进土工合成材料的拉伸试验更加准确，并发挥更大的作用。