浅谈土工合成材料,浅谈土工合成材料在路基工程中的应用

('浅谈土工合成材料硕士3班151302020056伍超摘要:土工合成材料相对于传统的木材、钢筋和水泥，是一种新型品种，有人称之为第四种建筑材料。本文围绕土工合成材料，介绍了土工合成材料的定义、类型、功能、性质、应用，以及土工合成材料在国际上和中国的发展历程。关键字:土工合成材料，土工织物，土工布，土工膜，加筋，排水，IGS一.概述土工合成材料是指通过与土体、岩石或其他岩土工程材料相接触，应用于土木工程领域的各种人工合成的或天然的聚合物材料制品。随着材料工业的发展和工程应用的不断创新，土工合成材料的概念也处于不断完善之中。比如出现一些三维织物、土工泡沫、新型加筋材料等，而且基本不再用天然聚合物来生产土工合成材料制品。土工合成材料相对于传统的木材、钢筋和水泥，是一种比较新型的工程材料制品，是随着聚合物的发明和发展以及工程应用需要而逐步发展起来的。在工程实践中，出现了种类繁多的土工合成材料品种（如土工织物、土工膜）、不同种类的土工复合材料和各种特殊用途的材料品种（如用于加筋作用的土工格栅以及超轻质材料土工泡沫）。经过过去几十年的发展，土工合成材料已陆续应用于土木工程各个领域，取得了很好的经济效益和社会效益，形成了比较完整的技术体系。目前，土工合成材料已经广泛应用于水利、水运、公路、铁路、建筑、环境、矿山和农业等国民经济建设领域，设置于土体内部、表面或与其他岩土材料和结构相结合，以起到隔离、反滤、排水、防渗、加筋和防护等功能和作用，用来解决岩土工程中所涉及的稳定、变形和防渗排水等方面的一系列实际工程问题。二.土工合成材料的类型土工合成材料制品种类繁多，而且不断有新产品问世。根据GB50209-1998《土工合成材料应用技术规范》对于土工合成材料的分类，将土工合成材料归纳为土工织物、土工膜、土工复合材料和土工特种材料四大类，如下图所示：图1土工合成材料的分类（GB50209-1998）各类当中又包含不同类型或不同生产工艺的各种材料产品，如土工织物根据工艺不同分为有纺（织造）与无纺（非织造）土工织物；土工格栅根据材质不同分为塑料格栅和玻纤格栅，又可根据工艺不同分为拉伸格栅、焊接格栅与经编格栅，以及根据形态不同划分为单向格栅、双向格栅与三项格栅等。下面结合图1介绍每种类型土工合成材料及其特点。1.土工织物土工合成材料土工织物织造机织（含编织）针织非织造（无纺）针刺热粘结化学粘结土工膜土工复合材料复合土工膜复合土工织物复合防排水材料（包括排水带、排水管、排水防水材料等）土工特种材料土工格栅、土工带、土工格室、土工网、土工膜袋、土工网垫、土工织物膨润土垫（GCL）、聚苯乙烯板块（EPS）等土工织物俗称土工布，是经过织造、非织造或编织方法制成的，由纤维或纱线构成连续的平面状材料。这种材料具有柔性和透水（气）性，通常呈织物外观。一般划分为有纺土工织物和无纺土工织物。土工织物在工程应用中可发挥隔离、过滤、排水、加筋和侵蚀控制等作用。2.土工格栅土工格栅是一类在制造过程中经过定向拉伸的具有网格状外观的开口式土工合成材料。常见的有单向拉伸土工格栅和双向拉伸土工格栅两种。土工格栅的主要作用是用于土体的加筋加固。3.土工膜土工膜是由一种或几种合成材料制成的连续的柔性膜状材料。土工膜具有很低的渗透性，其渗透系数小于10−11cm/s，几乎不透水。可用作封闭液体或气体的防渗衬里和防扩散屏障。4.土工网土工网包括平面型的多用于防护的工程网和具有三维结构的排水土工网两类。后者是由两组平行挤出的聚合物以恒定锐角交叉（在节点处融合在一起）形成的开放式网格状土工合成材料。这种交互式网格构成了网内多孔结构层，因此，排水土工网具有较强的输导液流或气流的能力。这种土工网在工程应用中常作为排水材料。5.土工复合材料土工复合材料是由两种或多种土工合成材料复合而成的一大类土工合成材料。这类材料包括土工织物-土工网型、土工织物-土工格栅型、土工网-土工膜型和土工织物-土工膜型土工复合材料。土工织物与土工膜可构成复合土工膜，土工织物和土工网可以构成复合排水板，以及软土地基排水固结法中常用的预制垂直排水带（PVD），这些都是典型的土工复合材料。PVD就是由土工织物滤层包裹塑料排水芯带制成的复合材料。将具有各自特性的不同类型材料有目的地结合在一起的土工复合材料，在工程实践中可以起到排水、反滤、隔离、防渗、加筋等作用，为工程实际问题提供针对性的解决方案。6.土工合成材料粘土衬垫（GCL）GCL属于土工复合材料的一种，通常是在上下两层土工织物之间夹一层膨润土，或将一层膨润土粘结在土工膜或单层土工织物上而制成的一种土工复合材料。由两层土工织物覆盖制成的GCL常通过缝合或针刺的方式贯穿膨润土层，用以提高GCL的内部抗剪强度。当膨润土经过水化作用，吸水膨胀，具有很低的渗透性能，可以作为液体或气体的有效屏障。因此，垃圾填埋场建设中，GCL常与土工膜联合使用，作为填埋场的防渗衬垫，或作为水利工程的防渗层单独使用。7.土工管土工管是用来排水或导气的管壁穿孔或不穿孔的聚合物管材，如垃圾填埋场中用于渗滤液或填埋气体的收集。在一些情况下，在穿孔管外采用无纺土工织物包裹，起反滤作用。8.土工格室土工格室是由聚合物条带相互连接制成的具有三维网格状或蜂窝状结构的土工合成材料。铺设后，交错连接的条带之间形成一个个格室用以填充土、碎石，有时也用混凝土填充。这种材料主要用于道路路基底层加筋或地基加筋，也可用于侵蚀控制工程。9.土工泡沫土工泡沫的块或板是通过聚苯乙烯泡沫塑料膨胀形成的，是一种超低密度的、由封闭充气单元构成的具有空间网格结构的块体或板材。根据生产工艺的不同，一般又分为模塑型土工泡沫（简称EPS）和挤塑型土工泡沫（简称XPS）。土工泡沫塑料可作为隔热材料和轻质填料使用。在刚性面板挡土墙中，竖直置于面板与填土之间作为可压缩夹层，起到减小土压力的作用。10.土工网垫土工网垫是由长丝缠绕结合而成的三维透水网垫，又称三维土工垫。网垫结构蓬松柔韧，网内空隙可以填土或喷洒含草籽和营养物质的混合材料，常用于坡面植被防护。11.土工膜袋土工膜袋是一种由双层聚合织物制成的连续的管袋状土工合成材料。它可以代替模板，当用高压泵把混凝土或砂浆灌入膜袋凝固后，可形成板状或其他形状的连续结构。在膜袋的上下两层织物之间，每隔一定的间距用聚合物（如尼龙绳）把两层织物联系在一起，以控制混凝土或砂浆灌注成型后土工膜袋的厚度。土工膜袋主要用于水利工程中的护面和护坡。土工膜袋按充填材料的不同分为充填砂浆型和充填混凝土型；也可按膜袋是否设置滤水点（排水点）将其分为无滤水点膜袋和带滤水点膜袋。三.土工合成材料的功能土工合成材料的应用非常广泛，主要用于岩土工程、环境土工、水利工程和铁路与公路交通工程等领域。在实际工程应用中，土工合成材料可以起到过滤、排水、隔离、加筋、防渗和防护六大基本功能。在特定情况下或对于特种土工合成材料，还可以发挥保护和减压的作用，如防渗结构层中将土工织物铺设在土工膜上面，阻止填土或其他锋利物体对土工膜的损伤；在软土地基上使用土工泡沫块体修筑路堤，可以在不降低路堤高度的情况下有效地降低路堤对地基的压力。土工合成材料的基本功能分述如下：1.过滤土工合成材料的这种功能与传统的砂滤层类似，允许土体内部的液体通过并排出，同时起到保土作用，阻止上游土壤颗粒的流失。例如，用有纺土工织物阻止土粒迁移渗入排水骨料或排水管，同时保持排水系统正常工作；在海岸和河岸的抛石防护层和其他护岸材料下面铺设土工织物以防止土壤被侵蚀。2.排水土工合成材料在土体内部作为排水体，可使水流沿其内部从低渗透性土体中排出。例如，铺设与路堤底部的土工织物可用来消散孔隙水压力；对于流量较大而对排水能力要求更高的场合，也可采用土工复合（排水）材料。这些材料已被用来作为路缘排水体、边坡截排水体及挡土墙墙后排水体。塑料排水板（PVD）则被用于预压荷载下加快软粘土地基的排水固结过程。3.隔离这种功能是指土工合成材料能够把两种具有不同粒径分布的土料隔离开来，以免相互混杂而失去各种材料的整体性和结构完整性。土工织物和土工膜都可以起到隔离作用。例如，铺设与道路基层与软土地基之间的土工织物可起到隔离作用，一方面防止路基骨料嵌入软弱土层，从而维持基层的设计厚度和道路结构的完整性；另一方面，也能够阻止下部细粒土进入透水料层之中从而降低其渗透性。4.加筋土工合成材料置于土体内部作为加筋构件，或土工合成材料与土相结合形成一个复合体，加筋复合土体与未加筋土体相比，其强度及变形性能都得到明显的改善。例如，用土工织物和土工格栅加筋可提高土体的抗拉强度，从而能够建造垂直或近乎垂直加筋土挡墙；加筋还能用来在极软地基上建造路堤；加筋后路堤边坡可以比未加筋时更陡。5.防渗一些土工合成材料具有相对低的透水（气）性，可防止液体或气体流动和扩散，发挥防渗作用或包容作用。例如，土工膜、复合土工膜、土工合成材料粘土衬垫（GCL）都具有很低的渗透性，可作为流体的防渗屏障。对于液体，无论是土体中的水，还是垃圾填埋场中的渗滤液，土工膜、复合土工膜和GCL的这种屏障功能，传统上常称为防渗作用。6.防护又称为水土保持，是指通过设置土工合成材料防护措施，减少由降雨冲击和地表水径流造成的土壤流失。例如，将临时性的土工合成材料毯或永久性的土工网垫铺在边坡上裸露土体的表面，可以有效地避免或减轻降水和地表径流的侵蚀；用土工织物制成的泥沙栅栏能够滤掉浑浊径流中的悬浮泥土颗粒。在一些工程应用中，土工织物还能发挥其他方面的作用。例如，土工织物可用于沥青路面补强；作为缓冲垫层，以防止下层的石头、施工期和使用期的废弃物或排水集料造成土工膜穿孔（通过减少点接触应力）。土工织物也可用作混凝土膜袋和沙袋。圆柱形土工管袋是用双层土工织物制成的，采用水力充填方式以构成海岸线堤防。一方面，同一类土工合成材料在不同的工程应用中可以发挥不同的功能；另一方面，在某些情况下，一种土工合成材料可以同时发挥双重或多重功能。如铺设在软基和路堤之间的土工织物，其主要功能是隔离，但同时可以发挥加筋和排水的作用。对于像土工织物、土工复合材料这些具有多种功能的材料，在实际工程中，需分析特定的工况环境和所选用土工合成材料的特点，判断其发挥的基本功能或主要作用。表1列出了各类土工合成材料的种类与功能。表1土工合成材料的种类与功能功能材料种类隔离加筋过滤排水屏障/防渗防护土工织物√√√√土工膜√土工格栅√土工网√土工网垫√四.土工合成材料的性质1.物理性质（1）厚度有些土工合成材料如无纺织物和一些复合材料，受压时厚度变化很大，因此需在规定的压力（一般为2kPa）下测定其厚度。有时，根据工程需要还应测试在20kPa、200kPa压力下的厚度。（2）单位面积质量是指单位面积土工合成材料具有的质量，它反映材料多方面的性能，如拉伸强度、顶破强度等力学性能，以及孔隙率、渗透性等水力学性能。（3）开口面积百分率织物开口面积与织物总面积的百分比称为开口面积百分率。这一指标用于有纺织物。2.力学性质（1）拉伸强度土工合成材料是柔性材料，大多通过其拉伸强度来承受荷载，因此拉伸强度及其应变是土工合成材料主要的力学性质指标。（2）撕裂强度撕裂强度反映了土工织物或土工膜试样抵抗扩大破损的能力，可评估不同土工织物和土工膜被扩大破损的难易程度，是土工合成材料应用中的重要力学指标。（3）顶破强度顶破强度是反映土工织物（或土工膜）抵抗垂直织物平面的法向压力的能力，顶破强度与刺破强度相比，压力作用面积相对较大，材料呈双向受力状态。（4）刺破强度刺破强度是反映土工织物或土工膜抵抗小面积集中荷载如有棱角的石子或树枝等的能力。（5）穿透强度为了评价土工织物或土工膜抵御穿透的能力，通常要进行落锥穿透试验，它是模拟工程中具有尖角的石块或其他锐利物掉落在土工织物或土工膜上的情况的一种试验。（6）握持强度握持强度反映土工织物分散集中力的能力。（7）蠕变性质材料的蠕变是指材料在恒力的作用下，变形随时间增长而逐渐增大的现象。蠕变的大小取决于原材料的性质和生产工艺3.水力学性质（1）土工织物的孔隙率土工织物的孔隙率是指其孔隙体积与总体积的比值，以n（%）表示，它是无纺织物的主要物理性质之一。（2）土工织物的孔径土工织物具有各种形状和大小不同的孔径，其孔径大小的分布曲线类似于土的颗粒级配曲线。织物的孔径反映织物的透水性能与保持土颗粒的能力，是一个重要的特征指标。（3）渗透性1）土工织物的渗透性土工织物的渗透性是过滤标准及其他有关水力学设计中一项不可缺少的重要指标。根据工程应用的需要，常要确定垂直于织物平面的渗透性（简称垂直渗透性）和平行于织物平面的渗透性（简称平行渗透性）。垂直渗透性：当水流方向垂直于织物平面时，其透水性主要用垂直透水系数表示，该系数是渗流的水力梯度等于1时的渗流流速。平行渗透性：土工织物在平行织物平面方向输导水流的性能可用平行渗透系数或导水率表示。这是土工织物排水设计中的重要指标之一。2）土工膜的抗渗性土工膜可以阻挡水、水汽、气体及有害物质（如甲醇、丙酮和二甲苯等）的渗透。水利工程中主要用土工膜挡水，其渗流的动力为土工膜两侧的水头差。在环境工程中，常用以阻挡水汽、气体以及含有害物质的地下水。对于气体产生渗流的动力为膜两侧的水汽压差。对混合气体和液体中的溶解物质来说，其各自成分及在膜两侧的浓度差决定其渗流情况。（4）抗淤堵性能土工织物用作滤层时，水从土中流过织物，在流动过程中使土颗粒积聚在织物表面的孔口上，堵塞水流通道进口，这种现象称为阻塞。细颗粒沉积在孔隙内部，逐渐减小通道的有效过水面积，降低排水效率，这种现象称为淤堵。阻塞一般发生在渗流开始阶段，而淤堵随时间增长而加重。4.耐久性（1）抗老化性能老化现象的产生主要是因为高分子聚合物具有链节结构，受外界因素的影响，易发生降解反应或交联反应。阳光辐射是使材料老化的一个重要因素，紫外线具有很大的能量，能够切断许多聚合物的分子链，或者引起发光氧化反应。（2）抗化学腐蚀性能聚合物对化学腐蚀一般具有较高的抵抗能力，但一些特殊的化学药剂或废品，对聚合物有腐蚀作用。因而利用土工膜做污水或废物存储池的防渗材料时，必须考虑其化学稳定性。（3）温度、冻融及干湿度变化对合成材料性能的影响在高温条件下，合成材料将发生熔融现象，其熔点：聚丙烯为175°C，聚乙烯为135°C，聚酯和聚酰胺为250°C。有时温度虽未达到熔点但较高，聚合物分子结构也可能发生变化，影响材料的弹性模量和强度。有些聚合物在特别低的温度下，也使柔性降低、质地变脆，影响其力学性质，给施工及接缝造成困难。此外，干湿度和冻融变化可能使一部分空气或冰屑存于织物内部，影响渗透性。5.界面摩擦性质土工合成材料作为加筋材料，埋在土体内或作为滤层铺在土坡上，都将与周围土体构成复杂体系。两种材料在外荷及自重作用下产生变形时，将沿其界面发生相互作用。由土工合成材料在工程应用中可能发生的位移分析可知，土与土工合成材料两者相互作用的形式为沿界面的相互摩擦或材料从土中被拔出。五.土工合成材料的应用1.在水利工程中的应用水利工程是土工合成材料的主要应用领域之一，水工结构（大坝和渠道等）与水相互作用，而水是自然环境中最具破坏力的因素之一。土工合成材料的使用可以减弱或调节水工结构物与水之间的相互作用，增加水工结构物的稳定性，延长其使用寿命。土工合成材料在水利工程中主要由以下用途：（1）大坝与渠道防渗。利用土工膜减小或阻止水的渗透。（2）河道与渠道防护。用土工膜减缓或阻止流水的侵蚀。（3）大坝与大堤的排水与反滤。应用土工织物或土工网提供堤坝的排水路径，土工织物的过滤作用可阻止土颗粒的流失。（4）江河大堤的加筋。应用土工栅格对大堤本身或对其基础进行加固。土工膜几乎不透水，经常被用在大坝的迎水面上以形成水力屏障。除了新建大坝采用土工膜防渗外，外贴土工膜是渗漏严重的旧混凝土大坝除险加固的的有效手段。土工膜可直接暴露在外，也可采用诸如混凝土板覆盖进行防护。裸露型的土工膜会因紫外线引起的降解作用而缩短寿命，但用裸露土工膜修复要比设置覆盖型土工膜容易得多。被覆盖的土工膜容易损坏，比如被坚硬材料刺穿。为了预防土工膜的刺穿，可在其下方（需要时包括上方）铺设一层土工织物作为缓冲衬垫。土工膜的渗漏主要发生在存在缺陷的接缝处和被刺穿的孔洞处，因此必须通过严格的施工质量控制措施以减少施工缺陷，并通过施工质量检测，发现缺陷并及时补修。为了保护水工结构物，经常在土工膜后设置土工网或土工织物-土工网组成的排水系统进行排水，渗漏的水被收集储存并通过设置在大坝中或大坝后的导管排到水库中。2.在垃圾填埋场中的应用土工合成材料广泛的应用于垃圾填埋场的基层和封盖的设计与建设中，所采用的材料类型及其应用包括以下方面：（1）土工格栅，可以用来增强垃圾体下部边坡的稳定性，以及在封盖系统中对土工膜上部的土壤层加筋。（2）土工网，作为衬里系统中渗滤液收集层的排水体或封盖系统中的排水层。（3）土工膜，作为阻滞渗滤液和填埋气的屏障，以防止有害物质的扩散。（4）GCLs，常用于填埋场衬里系统，与土工膜一起构成复合衬里或双层衬里，起到阻断渗透或水力联系的屏障作用。（5）土工织物，常置于渗滤液收集层上侧，起过滤作用，或置于土工膜上面作为缓冲垫，以防止土工膜被穿刺。（6）土工管，在填埋场中用以加速渗滤液的收集和排除。（7）土工复合材料，用于隔离、过滤或排水，如由土工织物和土工网构成的复合排水层。3.在铁路路基工程中的应用土工合成材料在铁路新建轨道或已有轨道修缮工程中可以起到隔离作用、过滤作用、排水作用和土体加筋作用。（1）隔离在轨道支撑结构体系中，土工合成材料（一般是土工织物）在不同颗粒大小及不同特性的材料层间起隔离作用。列车通行过程中会引起枕木的运动，结果地基中的细小颗粒就可能会形成翻浆冒泥，吸入上部碎石层，从而导致碎石层承载力降低和排水能力减小；土工合成材料的使用还能减少道砟粗颗粒刺入软土地基，因此，能够保持碎石层的厚度和完整性，并延长轨道的使用寿命。（2）加筋布置在软弱地基上的土工合成材料（土工织物、土工格栅和土工格室）可避免置换软土地层，通过土工合成材料均匀分布上部荷载，可有效地提高地基的承载力。设置在上道砟层或下道砟层内部加筋材料，通过限制道砟层的侧向变形，有助于减少轨道的沉降。（3）过滤火车在轨道上穿行会引起地基内应力水平上升，致使携带细土颗粒的水流从地基涌入上部碎石层，造成碎石层排水不畅。为避免这种情况的发生，可在碎石层与地基土之间设置土工织物滤层，允许水自由通过的同时，把水中细土颗粒拦截下来。（4）排水为了防止降水或地下水涌入碎石层对轨道产生的破坏，良好的通水能力对轨道系统是非常重要的。可将复合排水带设置在轨道结构体系的合适位置，以形成轨道横向排水系统，阻止轨道体系内水的聚集。4.在防护方面的应用土壤侵蚀是一种由于水力和风力作用所引起的自然过程，其影响因素众多，如土类、植被和地貌等，在特定条件下人类生产活动也会加速这一过程。如果这种侵蚀作用得不到相应的治理，对现有的建筑物和环境可能造成巨大的破坏。在土壤侵蚀控制方面，土工合成材料可以应用的领域包括坡面保护、输水水渠防护、海岸线防护、滩涂围垦、植被恢复、落石防护网及防洪堤坝建设等。根据工程特点和场地条件，侵蚀控制工程中可能会涉及一种或多种土工合成材料产品，诸如土工织物、土工垫、土工网、土工格栅等。在坡面防护工程中，除了用一些土工合成材料，如土工垫、土工织物外，有时需要用土钉，甚至用岩石锚杆来保证防护系统的稳定。在有些情况下，也会采用充填灰浆的土工织物袋来固定护面，并在防护结构空隙中播散草籽，培育植被，来防止水土的流失。5.在软土地基上加筋堤中的应用在软土地基上修建路堤是一项非常具有挑战性的工作，而采用土工合成材料（一般采用有纺土工织物或土工格栅）来提高路堤稳定性被证明是富有成效的土体加固技术之一。通过在路堤垫层采用土工合成材料加筋，可以有效解决软土地基上路堤的以下问题：（1）减少软土地基的沉降；（2）防止软土地基和路堤的整体破坏；（3）防止路堤沿土工合成材料表面发生滑移失稳。在不采取加筋的情况下，路堤填筑到设计高度前，就会塌垮（安全系数小于1.0），也可能发生路堤和软土地基的整体破坏；而采取加筋措施后，在整个路堤填筑施工期，安全系数都大于1.0，不会发生路堤破坏。在路堤垫层中使用土工合成材料加筋的效果有一定的局限性，如难以有效地解决软土地基在路堤荷载下的过大沉降问题，而且当路堤高度较大时，仅仅一层加筋并不能保证路堤的稳定性。在这些情况下，可采用桩承式加筋路堤方案。在该体系中，桩体可采用预制桩，或者采用掺入固化剂的就地搅拌桩，如水泥土搅拌桩、石灰桩和CFG桩等。六.土工合成材料发展简史土工合成材料经历了一个从出现，到发展，再到基本成熟的历史过程。最早的土工合成材料在岩土工程中应用的确切年代已很难考证。下面仅列举些早期有里程碑意义的工程项目，来大致了解其发展进程。大致在20世纪30年代末，聚氯乙烯土工膜首先被用于游泳池防渗，大量的防渗薄膜得到应用。美国垦务局1953年在渠道上用聚乙烯膜防渗；1957年开始用PVC膜；前苏联也较早地用低密度聚乙烯膜做渠道防渗；1992年意大利174m高（1964年建成）的AlpeGera混凝土坝在修理时甚至用厚2.2mm的PVC土工膜固定于坝的上游面作为防渗层。1958年R.J.巴雷特将聚乙烯织物铺放在美国佛罗里达州的海岸块石护坡下做保护垫层，被认为是应用土工织物的开端。1952-1953年的巨大风暴使荷兰蒙受灾难性的生命、财产损失，牺牲生命1800余人。灾后为了修复莱茵河、迈斯河和谢尔德沿海岸海堤，开始了著名的三角洲工程。一反以往采用编扎柳排的办法，大量使用了以宽尼龙袋、手工编织的初期土工织物。据估计，该项目共采用了约1000万m2的土工织物，大大促进了该种材料的应用。1968年荷兰人获得专利，研制成以双层土工织物，在一定距离处加以缝合，可在现场作为模板，往其中充灌混凝土的产品，即现今所称的土工膜袋。1968年美国首先将其应用于高17m的Allegheny水库上作护坡。1968年美国联邦公路局将土工织物铺于沥青路面上，用于防止反射裂缝。同年英国Netlon公司推出聚乙烯土工网，用于减轻围堤受动荷载与暴雨的破坏，是将短土工网水平向置于边坡的近坡面处，以便于坡面上的有效压密，和防止软土发生底面滑移。1968年法国Rhone-Poulenc公司首创无纺土工织物，它大大拓展了土工织物的应用范围。国际有名厂家生产了Bidim无纺土工织物系列。1970年法国Vacros坝即采用了质量为300g/m2的无纺土工织物作为土坝下游的排水反滤层，用厚一些织物铺在上游乱石护面下作保护层。同一时期英国ICI公司生产的另一种以热粘法制造的薄层Terram无纺织物系列，初次用于道路工程中粗粒料与地基土之间作为隔离层。至1973年人们已经认识到土工织物的三种基本功能：隔离、过滤和加筋。不久后，又确认了它们的排水功能。随着土工合成材料应用领域的不断扩大，产品制造技术也迅速提高，除土工膜与土工织物外，不同类型的产品相继进入市场。例如研制成了多种新产品：20世纪80年代初英国F.B.穆塞研制成由Netlon公司生产的Tensar土工格栅系列，至今仍是土加筋应用的主要材料；70年代末生产出的塑料排水带是根据1937年克界曼提出的排水纸板概念改进而成的可加速软土排水固结的材料，现已广泛替代传统砂井或袋装砂井用于软土地基处理。三维土工网垫是以热塑性树脂为原料，并挤出成网、拉伸、复合成型的三维结构，铺于坡面，保护草籽不受风吹雨冲，助草生长的产品，已广泛用于护坡和美化景观。土工管袋内充泥沙用于岸滩防护，围垦筑堤，兴建人工岛等，为土工合成材料增添了包容功能。膨润土垫（GCL）是后期研制成的另一种防渗材料，在垃圾填埋场建设中得到了广泛应用。以上仅是少量属于复合土工合成材料和特种土工合成材料的举例。复合土工合成材料是当前发展的主流。土工合成材料及技术的快速发展有赖于理论研究、生产技术提升和广泛的国际交流。对此，国际组织和学术活动起到了重要促进作用。虽然早在1977年在巴黎和1982年在美国LasVegas已召开过第一届和第二届国际土工合成材料学术讨论会，但国际土工合成材料学会（IGS）却于1983年11月方告成立。此后基本上每隔四年举行一次国际学术讨论会，先后有维也纳（1986年）、海牙（1990年）、新加坡（1994年）、亚特兰大（1998年）、里斯（法国，2002年）和东京（2006年）等，每届会议都出版了正式的会议论文集。此外，IGS下还有地区性学会，如亚洲、欧洲、北美洲、南美洲等学会。亚洲学会曾在班加洛（印度，1995年）、科伦坡（2000年）、首尔（2004年）、上海（2008年）分别举办过第一至第四届亚洲学术讨论会。我国的中国委员会（CCIGS）是IGS的国家会员之一。七.中国土工合成材料的发展20世纪70年代末，中共十一届三中全会确定了划时代的“改革开放”政策，使我国长期与外界隔绝的局面开始改变，为对外科技交流开辟了畅通道路。在国际土工合成材料蓬勃发展的潮流影响下，我国全国性、跨行业的“土工织物科技情报协作网”于1984年底在天津成立，它有效地推动了该材料与技术在我国的应用与发展，20年历程，它们已从襁褓时期逐步进入“而立”之年。回顾分析，成长岁月约可划分为四个时期：自发应用时期、技术引进时期、国际接轨与组织建设时期、步入标准化时期。我国有数千年悠久历史，将植物纤维和草秸等掺入粘土，经立模夯实垒墙修屋的土建技术早为先民们所掌握。史书记载早在2000年前，先民们就将草木材料用于灌溉工程和拦河堵口，而这种技术至今仍被广泛采用。近代以聚合物制成的土工合成材料在我国则始于20世纪60年代，最初用得较多的是塑料薄膜作渠道防渗，如山东打渔张灌区、河南人民胜利渠、陕西人民引渭工程等，膜材多为聚氯乙烯。后来又推广至蓄水池、水库和水闸等，例如，1965年辽宁桓仁水电站用沥青聚氯乙烯热压膜防止了混凝土支墩坝上游面的裂缝漏水。20世纪70年代，土工织物已被用于防冲与防护，1976年在江苏长江沿岸的嘶马，以聚丙烯扁丝土工织物，结合聚氯乙烯绳网和压重混凝土块，构成软体沉排，成功地保护江岸免受冲塌。由于早期应用的特点是无定型规格材料，无材料测试标准可循，故其设计与施工基本上按既往岩土工程经验，或个别单位自发应用。我国铁道长期以来存在基床翻浆冒泥病害，严重地影响列车运行的安全和运输能力的提高。从20世纪80年代初开始，铁道科学研究院接受国外赠送的20000m2纺粘土工织物，在几十处试验路面中，以土工织物作为道砟与地基土的反滤隔离层，研究其治理病害的效果。该次试验共铺设26个工程试点，历时四五年，防治基床病害的成功率达90%以上。1981-1983年我国从日本引进了塑料排水板技术，将连续的排水带用插板机埋入地层中代替传统砂井，起到快速排出软土中的多余水量、提高土体强度的作用。天津一航局科研所、华东水利学院和天津港务局合作，采用了国产化的塑料排水板，首先在天津新港做现场实验。土工膜袋是用双层高强度尼龙材料编织物缝制成的连续袋状产品，用高压泵将混凝土或水泥砂浆充入袋内，固化后形成连续坚硬板块，主要用于保护土坡。土工膜袋于1983年从日本引入我国，并在江苏泰州船闸引航道、通沙汽渡停泊区和南官沙航道上获得成功应用。土工格栅是一种良好的加筋材料，我国于1983年引进该产品，首先在阳安、京秦和大秦等铁路线上用于加筋陡坡路堤，至20世纪90年代中期，我国开始自制生产设备，随之大量土工格栅产品陆续问世。利用土工膜建造垂直防渗墙技术是我国的群众性创新，国外采用的皆是硬质板状的土工锁板，而我国的山东、福建和辽宁等省份创建的垂直铺塑方法是以自制的开槽机在地基内开槽，一般宽20cm，将厚约0.3mm的塑料膜卷材垂直向置于槽内，随进程逐渐展开，及时向槽内填土至地表。目前最大铺塑深度可达15m。防渗效果良好。桩膜围埝是我国另一项群众性创新举措。它是施工时的临时挡水坝，在中小型工程中施工应用十分简便。此外，关于防护用软体排、防止道路反射裂缝、利用土工格室在沙漠地区稳固沙基，利用软式排水管排水以及以土工植被网改善环境与生态的应用都有显著发展。在土工合成材料技术逐渐被人们认识和工程应用的同时，全国性的“土工织物技术情报网”于1984年成立。协作网通过信息技术交流，对土工合成材料技术的普及起到有力的促进作用，并分别于1986年、1989年和1992年在天津、沈阳和江苏仪征组织召开了全国第一届、第二届和第三届土工合成材料学术会议。我国于1990年5月经IGS批准成立了国际土工织物学会中国委员会（CCIGS）。经国家有关部门批准，于1995年“中国土工合成材料工程协会（CTAG）”成立。为了规范我国土工合成材料的生产和技术应用，自1998年始，我国着手编制了一系列技术标准与规范，颁布了土工合成材料产品的国家标准GB/T17630~17642-1998《土工合成材料》和GB50290-1998《土工合成材料应用技术规范》；与此同时，水利部制定了SL/T225-1998《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》，而且铁道、公路和水运等行业技术应用标准和材料测试标准也相继问世，约十项土工合成材料产品标准先后发布。至1999年的上半年，我国已初步建立了涉及土工合成材料的产品、设计、施工和测试的标准体系。为进一步促进土工合成材料的推广应用，水利部实施了50项示范工程，并进行了技术总结，编写了《水利工程土工合成材料技术和应用》。在工程应用不断深入的同时，土工合成材料工程协会定期举办了全国性的学术会议，分别在上海（1996年）、三峡工程现场（宜昌，2000年）、西安（2004年）和上海（2008年）组织召开了全国第四届、第五届、第六届和第七届土工合成材料学术会议。2001-2002年在上海、武汉和杭州等地举行了“全国土工合成材料测试技术研讨会”、“全国土工合成材料防渗、排水和反滤学术讨论会”、“全国土工合成材料加筋土学术研讨会”和“第一届全国环境岩土工程与土工合成材料技术研讨会”，这些活动都为国内土工合成材料的学术研究和工程应用提供了很好的交流平台。在国际学术活动方面，1998年、2002年和2006年协会分别组团前往美国亚特兰大、法国尼斯和日本横滨参加了IGS主办的国际第六、七、八届学术讨论会，尤其值得一提的是，2008年我国成功地承办了第四届亚洲土工合成材料学术大会，这些都为我国学者和产业界交流学术思想、研究成果及工程实践经验起到了极大的促进作用。参考文献:1.徐超，邢皓枫.土工合成材料【M】.北京：机械工业出版社，20102.王正宏，包承纲，崔亦昊，等.土工合成材料应用技术知识【M】.北京：中国水利水电出版社，20083.徐日庆，王景春，等.土工合成材料应用技术【M】.北京：化学工业出版社，2005',)