土工合成材料興起于20世紀50年代，近幾十年來(lái)隨著(zhù)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(chǎng)革命。

　　1、土工合成材料的應用歷史及分類(lèi)

　　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，應用于土建工程則是20世紀50年代才開(kāi)始的。首先是將塑料薄膜作為防滲材料應用于水利工程。到50年代末，土工合成材料開(kāi)始應用于海岸護坡工程。70年代末，隨著(zhù)無(wú)紡織物的推廣，土工合成材料才以很快的速度發(fā)展起來(lái)，從而在巖土工程學(xué)科中形成一個(gè)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(huì )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(kāi)的第三屆國際土工合成材料會(huì )議上將它稱(chēng)之為“巖土工程的一場(chǎng)革命”。

　　我國從60年代中期到70年代末，開(kāi)始將有紡織物應用于河道、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(mén)的直接關(guān)注下上了一個(gè)新臺階，土工合成材料生產(chǎn)企業(yè)大規模出現，各種行業(yè)標準和國標相繼出臺，使得土工合成材料的應用有規可循，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(lèi)

　　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(guò)化學(xué)加工而成為高分子聚合物，再經(jīng)機械加工制成纖維、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；整體連續性好，如有需要，長(cháng)度上可制成數百米到上千米；施工方便、抗拉強度高、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(xiàn)能力低，陽(yáng)光紫外線(xiàn)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)品性能指標包括以下幾個(gè)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，寬度和重量規格變化較大，寬度可加工1m~20m，質(zhì)量一般為50~1200g/m2，應用于軟土地基處理中一般為數百克。開(kāi)孔尺寸（等效孔徑）無(wú)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)的主要指標有抗拉強度、斷裂時(shí)延伸率、撕裂強度、穿透強度、握持抗拉強度、頂破強度、疲勞強度、徐變性、聚合物與土體間摩擦系數等。對于抗拉強度大部分常用的無(wú)紡型土工織物為10~30kN/m.高強度的為30~100kN/m.最常用的編織型土工織物為20~50kN/m，高強度的為50~100kN/m.個(gè)別的編織土工織物可達到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，其指標大小以滲透系數表示。編織型土工織物滲透系數一般為8×10-4~5×10-1cm/s，無(wú)紡型土工織物滲透系數一般為4×10-3~5×10-1cm/s，土工膜滲透系數為3×10-10~5×10-11cm/s.

　　3、土工合成材料的作用原理及應用

　　根據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、加固強化以及防護等，本文有選擇地對其三個(gè)應用進(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)生細顆粒逐漸向濾層移動(dòng)，同時(shí)還有部分顆粒通過(guò)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(gè)過(guò)濾帶和一個(gè)骨架網(wǎng)，阻止土粒的繼續流失，最后趨于穩定平衡，亦即土工織物與其相鄰接觸部分土層共同形成一個(gè)完整的過(guò)濾系統。

　　利用土工織物的反濾特性，工程中為保證構造物在有滲流的情況下的穩固，防止流土、管涌和堵塞的發(fā)生，可選用適當規格的土工織物鋪設在被保護土層位置，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(guò)土工織物的平面迅速沿水平方向排走，構成水平排水層，且不會(huì )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）共同構成更為高效的排水系統。

　　使用土工織物充當反濾層的有利點(diǎn)在于土工織物的孔隙率比砂高得多，同時(shí)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。

　　工程應用場(chǎng)合包括用土工織物包裹碎石構成暗溝或滲溝、用土工織物作為浸水坡面防護中防護結構下的反濾層、支擋構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(shí)具有較強的整體連續性和柔韌性，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，可在結構物受力的同時(shí)發(fā)揮其各自的作用，從而有助于受力結構體的形態(tài)保持，避免混雜產(chǎn)生不良效果。