土工合成材料興起于20世紀(jì)50年代，近幾十年來隨著化工產(chǎn)業(yè)技術(shù)的進(jìn)步及巖土工程技術(shù)的發(fā)展而成為巖土工程領(lǐng)域的奇葩，引起了巖土工程領(lǐng)域的一場革命。

　　1、土工合成材料的應(yīng)用歷史及分類

　　1.1土工合成材料的發(fā)展歷史

　　土工合成材料是以合成纖維、塑料、合成橡膠等高分子聚合物為原料制成的新型材料。目前在道路工程中已被廣泛地應(yīng)用于軟土地基處理中。

　　土工合成材料是工業(yè)發(fā)展的產(chǎn)物，應(yīng)用于土建工程則是20世紀(jì)50年代才開始的。首先是將塑料薄膜作為防滲材料應(yīng)用于水利工程。到50年代末，土工合成材料開始應(yīng)用于海岸護(hù)坡工程。70年代末，隨著無紡織物的推廣，土工合成材料才以很快的速度發(fā)展起來，從而在巖土工程學(xué)科中形成一個重要的分支。1977年在法國巴黎舉行的第一次國際土工合成材料會議上，J.P.Giroud把它命名為“土工合成材料”（Geotextile），并于1986年在維也納召開的第三屆國際土工合成材料會議上將它稱之為“巖土工程的一場革命”。

　　我國從60年代中期到70年代末，開始將有紡織物應(yīng)用于河道、涵閘工程及用于防治路基翻漿冒泥等，屬于初期創(chuàng)始階段；80年代初至80年代中期，土工合成材料逐漸在我國的水利、鐵路、公路、軍工、港口、建筑、礦冶和電力等領(lǐng)域逐漸推廣應(yīng)用，為中期發(fā)展階段；90年代以后，特別是1998年洪水以后，土工合成材料在國家相關(guān)部門的直接關(guān)注下上了一個新臺階，土工合成材料生產(chǎn)企業(yè)大規(guī)模出現(xiàn)，各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國標(biāo)相繼出臺，使得土工合成材料的應(yīng)用有規(guī)可循，進(jìn)入了土工合成材料的逐步成熟階段。

　　1.2土工合成材料原料及分類

　　土工合成材料由合成纖維制成，合成纖維是以煤、石油、天然氣等作為原料，經(jīng)過化學(xué)加工而成為高分子聚合物，再經(jīng)機(jī)械加工制成纖維、條帶、網(wǎng)格、薄膜等。

　　2、土工合成材料的特性

　　土工合成材料的突出優(yōu)點(diǎn)是：重量輕；整體連續(xù)性好，如有需要，長度上可制成數(shù)百米到上千米；施工方便、抗拉強(qiáng)度高、耐腐蝕性和抗微生物侵蝕性好。

　　缺點(diǎn)是未經(jīng)特殊處理則抗紫外線能力低，陽光紫外線直接照射容易老化，但若不直接暴露，抗老化及耐候性能仍然較高。

　　土工合成材料產(chǎn)品性能指標(biāo)包括以下幾個方面。

　　2.1產(chǎn)品形態(tài)及物理性質(zhì)

　　土工合成材料產(chǎn)品因制造方法和用途不一，寬度和重量規(guī)格變化較大，寬度可加工1m~20m，質(zhì)量一般為50~1200g/m2，應(yīng)用于軟土地基處理中一般為數(shù)百克。開孔尺寸（等效孔徑）無紡型土工織物為0.05~0.5mm，編織型土工織物為0.1~1.0mm，土工墊5~10cm，土工網(wǎng)及土工格柵5~100mm.

　　2.2力學(xué)性質(zhì)

　　表征力學(xué)性質(zhì)的主要指標(biāo)有抗拉強(qiáng)度、斷裂時延伸率、撕裂強(qiáng)度、穿透強(qiáng)度、握持抗拉強(qiáng)度、頂破強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、徐變性、聚合物與土體間摩擦系數(shù)等。對于抗拉強(qiáng)度大部分常用的無紡型土工織物為10~30kN/m.高強(qiáng)度的為30~100kN/m.最常用的編織型土工織物為20~50kN/m，高強(qiáng)度的為50~100kN/m.個別的編織土工織物可達(dá)到100~1000kN/m.

　　2.3滲透性

　　滲透性是土工合成材料的重要水力學(xué)特征之一，可分為垂直于材料平面的滲透性和平行于材料平面的滲透性，其指標(biāo)大小以滲透系數(shù)表示。編織型土工織物滲透系數(shù)一般為8×10-4~5×10-1cm/s，無紡型土工織物滲透系數(shù)一般為4×10-3~5×10-1cm/s，土工膜滲透系數(shù)為3×10-10~5×10-11cm/s.

　　3、土工合成材料的作用原理及應(yīng)用

　　根據(jù)土工合成材料的自身特點(diǎn)，其在巖土工程中的主要作用有：反濾、排水、隔離、加固強(qiáng)化以及防護(hù)等，本文有選擇地對其三個應(yīng)用進(jìn)行論述。

　　3.1反濾及排水作用

　　部分土工織物在單向滲流的作用下，在緊貼土工織物土體中，發(fā)生細(xì)顆粒逐漸向?yàn)V層移動，同時還有部分顆粒通過土工織物表面被滲流帶走，遺留下較粗的顆粒。從而與濾層相鄰一定厚度的土層逐漸自然形成一個過濾帶和一個骨架網(wǎng)，阻止土粒的繼續(xù)流失，最后趨于穩(wěn)定平衡，亦即土工織物與其相鄰接觸部分土層共同形成一個完整的過濾系統(tǒng)。

　　利用土工織物的反濾特性，工程中為保證構(gòu)造物在有滲流的情況下的穩(wěn)固，防止流土、管涌和堵塞的發(fā)生，可選用適當(dāng)規(guī)格的土工織物鋪設(shè)在被保護(hù)土層位置，起到與砂礫反濾層同樣的效果。目前新型土工織物還具有良好的三維透水性，利用這種特殊性不但可以起到反濾作用，還能使水經(jīng)過土工織物的平面迅速沿水平方向排走，構(gòu)成水平排水層，且不會堵塞。還可與其它排水材料（如粗粒料、帶孔排水管、塑料排水板等）共同構(gòu)成更為高效的排水系統(tǒng)。

　　使用土工織物充當(dāng)反濾層的有利點(diǎn)在于土工織物的孔隙率比砂高得多，同時合成纖維的密度比砂低得多，一般僅為砂的1/10，在反濾特征相同的情況下，所需砂礫反濾層的質(zhì)量是土工織物的10倍，而所需厚度是土工織物的100~1000倍，總重量可相差1000~10000倍。

　　工程應(yīng)用場合包括用土工織物包裹碎石構(gòu)成暗溝或滲溝、用土工織物作為浸水坡面防護(hù)中防護(hù)結(jié)構(gòu)下的反濾層、支擋構(gòu)造物排水孔后的反濾（土工織物）、軟基處理地表排水墊層（土工織物）等。

　　3.2隔離作用

　　由于土工織物具有抗拉、抗頂穿、抗撕裂、耐酸堿性、耐生物侵蝕性等特性，同時具有較強(qiáng)的整體連續(xù)性和柔韌性，在經(jīng)受外力、變形和各種環(huán)境變化的情況下不破損。將土工織物設(shè)置于兩種不同材料之間，將滲透性較土工織物大的兩種材料相互隔離，可在結(jié)構(gòu)物受力的同時發(fā)揮其各自的作用，從而有助于受力結(jié)構(gòu)體的形態(tài)保持，避免混雜產(chǎn)生不良效果。