土工合成材料 土工包容系统 Container,Outline,概述 土工包容系统的基本原理 土工袋 土工包 土工管袋,2,土工合成材料,土工包容系统：概述,概述,以土工合成材料作为外包材料，就地充填各种大小不等、性质各异的较小颗粒材料，从而形成大体重的包裹状整体构件，以满足不同环境条件下的工程需要。 汛期防洪抢险用的土工袋（geobag），用于水下固底防护或海岸保护用的大型土工包（geocontainer）和土工管袋（geotube），这些都采用土工织物作为外包材料。 这些以土工合成材料作为外包模体，其内充填松散的，小块的，性质各异的，干湿不同的各种介质（甚至废弃料等），使其形成大长度、大面积或大体积的条状、垫块或巨块，且具有连续性和可塑性的整体构件，统称为”土工包容系统”。,4,概 述,5,充砂的土工织物土工包,土工包用于护岸和护底,利用土工包和土工管袋建造防浪堤,土工合成材料,土工包容系统的基本原理,6,基本原理,土工包容系统的工作原理类似于模袋。土工织物作为模体，内充包容物质，待充满后缝合制成土工袋。 当受到外部荷载作用时，土工袋（包括内部的包容物）受压变形，其在受力方向为压缩变形，而在垂直于受力的方向上表现为膨胀。包容物质在垂直于外力作用方向发生的侧向剪切形变，对土工袋内部产生向外的压力。 土工袋模体（土工织物）产生的张力与内部压力相平衡，限制内部包容物质（如土石料）个体之间的位移，在外力和模体张力的共同作用下包容物质被压密，增大个体之间的接触应力，从而提高土工袋整体的强度。,7,模体的材料性能要求,工包容系统工作的前提是外包的土工织物具有足够的抗拉强度，以保证土工袋或土工包在受到外荷作用时不至于拉裂或撑破。其实土工系统在施工和服务期间可能承受各种破坏风险，故对土工织物的性能有比较高的要求。 力学特性:土工织物的抗磨损性能（abrasion resistance）、抗破坏能力（damage resistance）和延伸率（elongation）等 透水性与保土性：水能进能出，材料要有较高的透水性；作为土工包容系统模体的土工织物，在海岸水流环境中应该对内充泥沙具有较高保土性能。 另外，对于外露的非临时性的土工包容系统，在材料选择时还需要考虑土工织物的耐久性，如抗紫外线的能力。,8,土工合成材料,土工包容系统 之 土工袋 yu 土工包,土工袋,土工袋是一种以土工织物为包裹材料，内装土或土石混合料的一种土工包容系统，与一般土工管袋或土工包的区别是其体积较小，而且在两个方向上尺寸比较接近，如50cm40cm20cm等。 大部分土工袋用于装土或装砂，此种用途的土工袋的制作材料为有纺土工织物，要求其具有较高的拉伸强度、较好的透水性（以利排水）、适宜的孔径（保土）以及较高的表面摩擦系数。 土工袋有多种用途，例如在汛期用于堵漏、帮坡、或建堤顶临时挡水子埝等；用于建围埝堤埂；建丁坝、防波堤；用作堤芯填料等；作护坡时，边坡自身应稳定，堆放时要将缝错开，如砌砖一样排列；袋底应有垫布，以改善整体性，减小沉降。,10,土工包,土工包是以高强土工织物制成的呈“枕状”或“箱状”的大体积的土工包容系统，其中可包容砂土、疏浚物等。土工包的外裹材料通常是PP或PET有纺土工织物，要求具有较高的抗拉强度和足够的透水性； 需要有抗紫外线能力和耐化学物质腐蚀及较好的耐磨性。有时还采用具有反滤功能的无纺土工织物（作内衬）和高强有纺织物（外包皮）结合成的复合土工织物。 土工包的体积相差悬殊。较小的土工包体积不超过5 m3，而最大的土工包可达数百m3。,11,土工包的装填与运输、投放,12,德国Eider防波堤护底工程使用的土工包（机械充填与驳船投放）,黄河护岸中使用的土工包（挖土机充填和卡车投放）,土工包,土工包体积大，整体性好，可用于水工结构或海岸工程，形成大块平台、堤岸或围垦土地。如1988年荷兰Old Meuse河的修复工程，其中包括修复水下边坡和水下防波堤的填筑。,13,土工包应用,Russel Heads 防波堤工程 采用土工包建造防波堤的重要意义在于为这一偏远社区提供了一个投资省、可分批施工的，而且被当地人普遍接受的方案选择。 建于1993年的250长Russel Heads 充砂土工织物包防波堤从建成至今已近20年，经历了海滩强烈紫外线照射和海浪磨损，目前服务状态良好。,14,土工包应用,Maroochy 防波堤工程 为阻止不断发展的Maroochy海岸侵蚀，市政当局急于在该地建造防护工程。Maroochy防护工程共由4座防波堤组成，其中1#防波堤建于2001年。 由土工织物充砂包建造的整个防波堤长100m，高2.5m，每个土工包体积达到2.5m3，现场尺寸为1.8m2.2m0.70m。2002年建成后，该1#防波堤效果非常好，在风浪严重冲击下可以保持稳定，能够抵御2.5m大浪的冲击。而且美观宜人，与环境协调。,15,土工合程材料,土工包容系统：土工管袋,土工管袋,土工管袋是以高强PP或PET土工织物缝制成的长管袋。根据不同需要，可以用无纺土工织物作内衬，以防止充填的细土粒流失，也可用内衬土工膜保水。 土工管袋的直径一般为1.55m，通常多为3m，长度可达数十米至百米。用于制作管袋的土工织物要具有足够的拉伸强度以经受灌浆压力；渗透系数k应大于10-2cm/s，以使充填泥沙等尽快脱水；土工织物具有适当的孔径，以保证充填料的土粒不随水流流失。 此外，材料还应具备较强的抗老化性能。,17,土工管袋的应用领域,土工管袋在沿海地区的海岸防护工程和围垦造地工程中应用较多。 在治污工程中有用淤泥充填的，这种管袋可有效地防止砷、汞、镉等有害重金属的渗漏。,18,建造防波堤,围垦造陆,治污工程,应用举例,昆明滇池治理 昆明滇池湖底底泥为黑色、深黑色淤泥污染层，平均厚0.52m。淤泥呈流塑状态，含大量有机质和草根，重金属含量最低为49.01mg/kg，最高达932.44mg/kg。是我国所有受污染湖泊中最为严重的一个。 滇池治理工程中除了进入湖泊的水污染治理与控制外，疏浚湖底污染土是彻底改善水环境状况的重要措施。 2004年，在滇池污泥疏浚工程中采用了美国进口的土工管袋，直径3m。从湖底疏浚的污泥充灌入土工管袋，充灌成型的土工管袋作为围堤，构成一个污泥堆场，以防止污泥中有害物质扩散。,19,应用举例,昆明滇池治理（续） 滇池疏浚工程东风坝北堆场近似呈长方形，东西宽150m，南北长560m。用土工管袋圈围，形成封闭储泥库，总周长1480m。 该堆场共使用不同长度的土工管袋总长1418m，各管袋之间用土工袋堆叠，堆场面积达10.54万m2，储淤库容为27.5万m3。,20,应用举例,昆明滇池治理（续） 滇池疏浚工程的成功反映了土工管袋不仅可用于充灌泥沙，也可用于充灌透水性较低的淤泥和污染土。另外根据现场实测，滇池污染淤泥经过管袋过滤，排出水中的悬浮物减少97以上，有害元素去除90以上，说明利用合适的土工织物管袋处理污泥可有效降低二次污染。,21,应用举例,韩国Young-Jin海岸防护工程中的试验工程 由于风浪冲击、潮汐与湍流作用引起的海岸侵蚀对韩国东部海岸风光和公用设施造成严重破坏：,22,应用举例,韩国Young-Jin海岸防护工程中的试验工程 为了阻止海岸线进一步侵蚀后退，拟采用水下土工管袋防浪堤。根据已有土工管袋使用经验，结合Joung-Jin海岸附近风浪、水流条件及工程地质条件，首先进行了1g模型试验。 原型试验在Joung-Jin海湾进行，该处海滩宽50m，长约700m，附近海域在冬季季风季节海浪超过4.0m，风浪和海流对海岸侵蚀严重。 试验地点距海岸线90100m，试验方案包括四组土工管袋，每组两条分离的管袋组成，组与组之间相距20m。,23,应用举例,韩国Young-Jin海岸防护工程中的试验工程 土工管袋长50m，直径为3.5m，两条管袋的断面如下,24,应用举例,韩国Young-Jin海岸防护工程中的试验工程 土工管袋由有纺土工织物制成，织物的选择除了基于模型试验中测得的充灌施工及后期的受力和力学强度外，还考虑了其排水能力、过滤特性和土工管袋成型后的有效高度。 关于充灌材料的考虑，主要基于经济性和施工便利性，就地选择海底泥砂。 为防止土工管袋排水掏蚀地基，设计在管袋底部铺设土工织物基垫，基垫布两边回折0.5m缝合成小管袋，通过管内充砂在海底固定。,25,复习思考题,试说明土工包容系统工作的基本原理，在江河防护工程中使用土工包容系统有什么优点？ 对用于土工包容系统的土工织物有哪些性能要求？,26,qestions?,27,徐 超 c_axutongji.edu.cn Tel:8621-65987079,