土工合成材料的反滤功能

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1、反滤功能　一、反滤作用　当土中水流过土工织物时，水可以顺畅穿过，而土粒却被阻留的现象称为反滤(过滤)。反滤不同于排水，后者的水流是沿织物表面进行的，而不是穿越织物。当土中水从细粒土流向粗粒土，或水流从土内向外流出的出逸处，需要设置反滤措施，否则土粒将受水流作用而被带出土体外，发展下去可能导致土体破坏。土工织物可以代替水利工程中传统采用的砂砾等天然反滤材料作为反滤层(或称滤层)。　用作反滤的土工织物一般是非织造型(无纺)土工织物，有时也可以用织造型土工织物。　二、典型应用(举例)　堤坝工程中可以用土工合成材料作滤层的情况很多，以下是一些常见

2、的使用场合。（1）堤坝粘土斜墙和粘土心墙的反滤层。　（2）堤坝内部和下游排水体滤层。　（3）渠道、堤防、海岸等乱石或混凝土板护面下的滤层。　（4）水闸分缝处、下游护坦、河漫下的滤层。　（5）挡土墙、岸墙等背面排水系统中的滤层。　（6）排水暗管或排水暗沟外面的包裹体。　（7）减压井或测压管的外裹体。　　此外，公路和机场跑道的基层，铁轨下道渣与土基间的隔离层等，也都同时要求反滤功能。　三、反滤和淤堵机理　以往的直观概念都认为土工织物起反滤作用等同于过筛作用，后来的研究却证明土工织物所以发挥反滤功能主要是由于它具有促进天然滤层形成的“催化”作用

3、。另外，当土工织物作为滤层而长期作用时，发现有淤堵现象，从而使其反滤作用减弱或至消失。为此需要弄清淤堵的成因，方能有效地防止淤堵发生。　　（一）反滤机理　土工织物的反滤作用可以用图2-2来说明。图中左侧为大孔隙堆石体，右侧为被保护土，二者之间夹有起反滤作用的土工织物。当水流从被保护土自右向左流入堆石体时，部分细土粒将被水流挟带进入堆石体。在被保护土一侧的土工织物表面附近，较粗土粒首先被截留，使透水性增大。同时，这部分较粗粒层将阻止其后面的细土粒继续被水流带走，而且越往后细土粒被流失的可能性越小，于是就在土工织物的右侧形成一个从左往右颗粒逐

4、渐变细的“天然反滤层”。该层发挥着保护土体的作用。可见土工织物的存在只是起了促成天然反滤层形成的“催化”作用。(二)淤堵机理　土工织物中的孔道被堵塞，过水面积减小，渗透性下降的现象称淤堵。形成淤堵的原因可分为机械淤堵、化学淤堵和生物淤堵。一般情况下，机械淤堵为主要形式。机械淤堵是土体中的细颗粒随水流进入土工织物孔隙中，并停留其中，随时间增长，停留的细粒愈来愈多，织物的透水性愈来愈小。化学淤堵是由于渗流水中的各种离子，受化学作用形成不溶于水的化合物，如CaC03、Fe02等，停留于织物孔隙中，减少水流通道从而降低织物的渗透性。生物淤堵是土体

5、或土中水内的藻尖、菌头微生物和有机质在织物孔隙中滋长繁殖，堵塞孔隙所造成。淤堵对织造型和非织造型土工织物有着不同影响。织造型织物孔口通道单一，管状通道间不连通，故孔口或通道内任一处被堵塞，整个通道即不通。针刺非织造土工织物则兼有垂直和水平结构，而且它们之间是相通的，织物孔隙呈迂回树枝状的立体结构，水分进入后即可相互串通，所以即使大部分孔隙被堵塞，仍可保持相当的透水性。　四、反滤设计准则　为了让所选用的土工织物能长期发挥反滤作用，对织物应该提出一定的要求。正像以往采用粒状土料(砂砾料)作反滤层时那样，应使土料粒径符合一定的准则。对用作反滤的

6、土工织物，基本要求如下，　(1)被保护的土料在水流作用下，土粒不得被水流带走，即需要有“保土性”，以便防止管涌破坏。　(2)水流必须能顺畅通过织物平面，即需要有“透水性”，以防止积水产生过高的渗透压力。　(3)织物孔径不能被水流挟带的土粒所阻塞，即要有“防堵性”，以避免反滤作用失效。(一)保土性准则既然要求织物保土，则织物的孔径与土的粒径之间就必须符合一定的关系。孔径过大，土粒会穿过孔洞而流失；过小又妨碍透水和容易被堵塞。借鉴传统的粒状土反滤层的保土要求，并依据众多的试验研究表明，为了保土，织物的某等效孔径Oe和被保护士的特征粒径d85之

7、间应该符合以下关系：Oe≤nd85式中Oe是一个由试验测得的等效孔径值。目前国内外采用最多的是Oe＝O95，或者Oe＝O90。O95和O90之间的统计关系为O95/O90≈1.2。d85是被保护土的一个特征粒径，可从被保护士的颗粒分析试验曲线上查得，它表明土中粒径小于该值的颗粒的质量是全土质量的85％。而式中的n则是与土中的细粒(土粒粒径d≤0.075mm的部分)含量和不均匀系数Cu(＝d60/d10)等相关的经验系数。　　SI/T225—98《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》规定，Oe＝O95，n一般为1～2，选用该值的详细规定请

8、参考该《规范》。必须指出，以上对n值的规定是针对一般水流情况而定的，对于较为复杂的情况，例如对有往复水流或有动力作用的情况，则织物的孔径应该要求大一些。因为在往复水流情况下，织物的保土侧难以形