土工布拉伸力学性能的应用研究

在土工布的拉伸性能测试过程中，伸长变形较大，在拉伸过程中容易出现“颈缩”现象，试件的宽度对拉伸强度指标影响较大。 因此，土工布的抗拉强度是检测和评价土工布产品质量的重要指标，是工程设计中选择土工布的重要依据。

作为工程材料，土工布的使用可以简化施工，提高工程质量，降低工程成本，延长工程寿命，减少工程维护。 土工布已广泛应用于交通、水利、电力、海港、矿山、江河湖泊、滨海堤坝、水土保持、环境污染防治等各个工程领域。

★ 土工布的分类、功能及应用

土工合成材料主要分为土工布、土工膜、土工复合材料和土工专用材料四大类，其中土工布按编织方式分为机织土工布、无纺土工布和针织土工布。 在实际应用中，土工布主要具有加固、隔离、过滤、排水等功能。

加固作用及应用

土工布在长期使用过程中可以限制土木工程的位移，使作用在土壤上的局部应力转移或分布到更大的区域，增加土壤与土工布之间的摩擦阻力，对土木工程起到补强或加固作用。工程工程，尤其是在软弱土壤上的工程。

主要用于：公路、铁路、堤防、土石坝、机场、运动场等工程，加固薄弱地基，同时起到隔离过滤作用。 在潮湿地区、沼泽或可压缩土壤上临时通过。 加强堆坡或开挖陡坡的稳定性。 增加砾石边坡和加筋土的稳定性。 用作挡土墙回填土的加固、柔性路面的加固、路面反射裂缝的修补等。

隔离度 作用与应用

用土工布将不同的土壤结构隔开，形成一个稳定的子界面，使每一层都能根据要求分开，发挥各自的特点和整体作用。 与土工布分离，可以减少材料种类，节省大量运费，降低施工成本。

主要用于：公路、铁路、机场、停车场等地表与地基之间的隔离层； 铁路道碴与路基的隔离； 路基与弱基础之间的隔离； 在土石混合坝中，不同筑坝材料之间的隔离； 石笼、沙袋或土袋与薄弱地基的隔离； 人工填料、岩桩或料场与地基之间的隔离层； 不同冻土层之间的隔离； 河流、河流、湖泊将土工布置于水下，起到隔离作用，同时也起到反滤和加固作用。

过滤 角色 和 aPPLICATIONS

土工布可以让水通过，有效阻止土壤颗粒通过，从而防止土壤颗粒流失，对土壤造成破坏。

主要用于：土石坝粘土心墙或粘土斜墙的滤层； 土石坝或堤防中各种排水体的滤层； 储灰坝或沉积坝表面的过滤层； 路堤、大坝、河流、运河、海岸的块石或混凝土护坡的过滤层； 挡土墙回填土排水系统滤层； 排水涵或砾石排水涵周围的滤层； 水利工程中水井、减压井或斜压管的过滤层。

排水功能及应用

土工布可以在土壤中形成排水通道，将土壤中的水聚集起来，沿着织物平面排出体外。

主要用于土坝内的垂直或水平排水； 挡土墙后面的排水系统； 各种建筑物周围的排水； 掩埋土中孔隙水压力的消散； 人工填充地基或运动场地基等的排水。

★ 研究 土工布的拉伸力学性能

在土工布的众多应用中，抗拉强度（tensile strength）是土工布最基本、最基本的力学性能指标。 无论是充分发挥土工布的加固、防滑、拉拔功能，还是用于软基加固、垫层、防渗、护岸、隔离、排水等应用，以确保实现功能，土工布要求有一定的抗拉强度。 因此，如何正确确定和预测土工布的抗拉强度是土工布研究中的一个重要问题。

土工布条形拉伸试验试样宽度的研究

通常，土工布抗拉强度的测定仍沿用纺织品条形抗拉试验法。 对于土工布，特别是无纺土工布，拉动时拉伸变形很大，试件中间会发生侧向收缩，即“颈缩”现象，拉伸强度测试结果偏低。 为了使测试结果尽可能接近实际情况，站立法减少了“颈缩”效应。 一种方法是在两个夹具之间用凸钉夹住试样，防止拉伸时横向收缩，避免“颈缩”，但比较麻烦。 另一种方法是加宽试样。 目前，常规拉伸试验多采用宽试样，以减少“颈缩”的影响。

在纺织和土工布拉伸标准试样中，普通纺织试样窄而长，一般为宽50mm，长75~200mm； 而土工布试件有宽有短，一般长100mm，宽200mm，宽500mm。 通常宽度为50mm的拉伸试样称为窄试样； 将 200mm 宽的试样称为宽； 宽度为 500mm 的试样称为超宽试样。

对于土工布，国际上大都采用200mm宽的试样，如ASTM D4595《土工布抗拉性能标准试验方法用宽幅条法》。 法国和意大利已推荐使用 500 毫米宽的标本。 实践证明，试件过宽，操作困难，试件固定存在问题。 中国国家质量技术监督局参照国际土工布和土工合成材料产品标准GB/T 15788是土工布拉伸试验宽条法的标准，规定试样的宽度为200mm。

其理论是试样的宽度和长度的变化引起试样拉伸时颈缩的变化，从而影响试样的抗拉强度。 试样的宽长比越小，颈缩越小，抗拉强度越高。 1980年，Bell和Hichs从他们的试验中得出结论，对于机织织物，当条宽与长度之比超过1：1后，条宽对断裂强度的影响减小，而对于无纺布，条宽对断裂强度的影响减小带钢宽长比超过4:1后。 此外，试样宽度对针刺非织造土工布抗拉强度的影响具有“边缘”效应。 增加试样的宽度有助于减少“边缘”效应的影响，增加断裂强度。

1986 年，B. Myle 向第三届国际土工织物会议提供了更具代表性的信息。 他们分别拉伸宽度为50mm、200mm、500mm和1000mm的高强度机织土工布和轻质非织造土工布，得出的结论是，当试样宽度大于500mm时，强度变化不显着。 如果以1000mm宽的试件为基准，用50mm宽的织造窄条试件测得的抗拉强度会高13%，而受横向收缩影响的无纺土工布的抗拉强度会低30%。 由于拉伸后机织物的横向颈缩不明显，且试样越窄，不均匀率越小，窄试样的拉伸性能受不均匀率的影响会偏高。

也有研究人员通过对不同宽度试件的试验得出结论，宽度小于200mm的试件会高估编织土工布和土工格栅的极限抗拉强度，最高可达20%左右； 对于拉伸过程中颈缩程度较大的无纺布试样，建议适当增加试样宽度或对50mm试样所得值进行技术修正； 随着试样宽度的增加，拉伸强度趋于稳定值。

拉伸 实力 土工布破损与裸眼土工布的研究

土工布在实际工程中使用时，往往会因结构形状不同或施工需要在适当部位开孔，或受工程条件影响而被刺破或断裂。 土工布的强度是由其自身的结构条件决定的，当其结构本身受到机械破坏或开裂时，其强度必然会受到影响。

Kan 和 Chan 通过在非织造土工布上人工开孔来模拟实际应用中的损坏。 使用 50 毫米和 100 毫米宽的试样进行拉伸试验。 研究的参数包括孔的数量、孔的位置、伸长率和试样的拉伸方向。 还开发了一个数学模型来使用多元线性回归曲线拟合技术表征土工布的拉伸性能。 数据表明，试样宽度对拉伸强度有影响。 当孔数增加或孔的方向与拉伸方向垂直时，试样的拉伸强度和伸长率下降。

Chi 等人通过开矩形、方形和圆形孔，测试了200mmx100mm非织造土工布试样的抗拉强度，并比较了开孔后剩余宽度与原始试样的抗拉强度。 试验分析研究得出：试样开孔面积逐渐增大，抗拉强度逐渐降低，呈线性关系； 损伤发生在应力集中点； 开孔后织物的拉伸强度取决于试样的应力宽度，应力宽度越大，拉伸强度越大； 织物不管是什么类型的孔，由于应力集中的作用，织物的剩余宽度强度值比没有开孔的等宽略小； 织物开孔 织物的抗张强度降低的百分比大于面积减少百分比。

钱用边界元法对100mm宽的复合土工布试件开圆孔时孔附近的应力集中进行了分析。 当试件受到一定尺寸的单向和双向拉力时，试件内孔附近的最大应力值随着圆孔尺寸的增大而增大。

土工布其他拉伸方面的研究

对于土工布的拉伸力学性能的研究，更多的研究与单向拉伸有关。 上述条状拉伸试样宽度的研究和断裂、开孔拉伸的研究，也是基本在土工布单向拉伸的基础上进行研究的。

由于土工布在实际使用过程中的受力非常复杂，仅对其单向拉伸的研究是不够的。 工程用土工布双向拉伸性能的研究应该具有更实际的应用价值。

Bais 研究了纺粘非织造土工布的双向拉伸。 通过分析纤维的应力-应变曲线和取向分布，建立了理论模型。 模型中考虑了纤维的非线性，但仅限于带材双向拉伸零横向应变的情况，小变形范围内的理论预测结果与试验吻合较好。

除了研究土工布本身的拉伸力学性能外，许多研究人员还研究了土工布在实际应用中与土壤相互作用的性能。 例如，Mogahzy 研究了土与土工布之间的相互作用，提出了土工布在土壤中受拉作用时的三种损伤形式，并建立了计算土工布-土相互作用临界系数的一般方程并对其进行了理论解释。

在土工布的实际应用中，拉伸性能至关重要。 本文从理论上探讨了土工布的拉伸力学性能对其实际工程应用具有重要意义，希望为土工布的实际应用提供坚实的理论基础。