根据吹填项目透水或不透水的需求，所使用的土工合成材料主要有土工织物、复合土工膜。土工织物是具有良好透水性的土工合成材料，按照制造方法不同可分为有纺土工织物、无纺土工织物，而无纺土工织物相对于有纺土工织物，其过滤效果更好，故常被用作反滤材料。土工膜是由土工聚合物制成的不透水膜，为提高其抗拉与抗刺穿强度，通常与土工织物复合生产成复合土工制品。 　　吹填工程常用的反滤土工织物多为400g∕㎡无纺布、380g∕㎡复合编织布(150g∕㎡无纺布与230g∕㎡编织布复合而成)。常用的防渗材料为两布一膜，两布一膜是以塑料薄膜作为防渗夹心基材，与上下两层无纺布复合而成，膜的厚度一般为0.3~２2.0ｍｍ。 　　吹填项目中所用的土工合成材料，无纺型的抗拉强度一般在１０~３０ｋＮ∕ｍ，机织型的抗拉强度一般在２０~５０ｋＮ∕ｍ。因土工织物是纤维多方向性或任养藕防渗膜意性排列而成，故强度没有显著方向性，但经过试验与实际使用，其强度与厚度成正比例关系。土工织物的强度指标主要有顶破强度、断裂强度、撕裂强度，由于在铺设过程中，多与块石、管线等带棱角的坚硬物质接触，常常会有破损，因此撕裂强度、顶破强度应重点被关注。其次，由于在拉伸力作用下，土工织物容易发生颈缩，在施工中须采取相应措施降低颈缩率。 　　土工织物的透水性主要与其孔径、渗透系数有关，其渗透系数与粗砂、砾石相当。极细砂、相较而言，土工织物具有良好的透水性。 　　土工织物的保土性由孔径决定，其孔径与结构特性允许一部分细粒进入织物，而大颗粒则停留在织物表面，进一步阻止细颗粒的移动，与土颗粒形成一个复合体，共同起保土作用。随着时间的推移，细小颗粒越来越多，尤其是黏性颗粒过多时，很快就会造成土工织物孔道堵塞，过水面积减小，渗透性下降，直至整体淤堵而失去透水性，满足吹填围堰的保土需求。 　　柔性土工膜与其赋存的相对刚性的地基层和保护层之间存在界面相对摩擦和同向变形协调两种作用，塘内蓄水、结冰等外界环境的作用可通过保护层间接作用于土工膜防渗层。锚固沟处土工膜易应力集中，锚固沟设计和施工时建议遵循“可拉动不拉断”。 　　防渗结构及护坡施工完毕后，就要执行蒸发塘的蓄水作用功能。鉴于流固相互作用模拟比较困难，并且就研究目的而言也不是十分必要，所以本阶段模拟中，将蓄水后的静水压力以力学边界条件的形式施加在护坡上，从而模拟蒸发塘蓄水的影响 　　冬季蓄水后水面会形成一定厚度的冰盖层，并且冰盖层的侧向鼓胀会给予岸坡一定的作用力。本阶段主要分析该冻胀力对防渗结构的影响。同样，该模拟中没有直接建立冰的实体模型，而是将计算出的冰压力及冰层的厚度以力学边界条件的形式施加在相应位置的坡面上。 　　防渗层及护坡铺设完毕后，大的位移主要位于护坡的中上部，而剪应变增量集中于防渗结构与护坡界面的顶部。这些表明，护坡铺设完毕后，受护坡自重的影响，护坡会沿其与防渗结构的交界面产生向下的滑动趋势，且受变形累积的影响，护坡中上部的变形大。 　　防渗土工膜变形量为 1.3 cm，位于土工膜的中上部，而锚固沟侧壁的变形量很小。这表明经锚固沟锚固后，防渗土工膜被锚固，从而导致坡面中上部产生拉伸变形，且土工膜受锚固作用而产生一定的应力集中。 　　锚固后防渗土工膜的大拉应力位于锚固沟侧壁处，约为 2.34 kPa，远小于土工膜的屈服强度。 　　响土工膜液胀抗渗性能的因素主要有土工膜的类型和厚度、土工膜下垫层颗粒尺寸（含颗粒间空隙的尺寸）及土工膜上压力水头等。 　　1.膜上水头。装模完成后，土工膜并未与垫层紧密相贴，但随压力的增加，土工膜与垫层的接触更加紧密，除与垫层颗粒表面紧贴外均嵌在骨料之间的空隙，且 　　土工膜变薄。抗渗试验中所用土工膜均承受至少1.5MPa的压力水头，未发生液胀破坏。但土工膜变薄强度会降低，若长期处于此种状态，土工膜的力学和水力学性能会有所降低。 　　2.不同级配。垫层级配粒径为10～20ｍｍ的土工膜变形比垫层级配粒径为５～20ｍｍ的明显，膜嵌入骨料之间的程度较大，其变形面积亦较大，分析其原因在于骨料级配不同，较细骨料能填充粗骨料之间的空隙，故在高水头作用下，垫层级配粒径为５～20ｍｍ的土工膜变形比垫层级配粒径为10～20ｍｍ的剧烈。表明良好的级配垫层会使土工膜表面受力更均匀，更利于土工膜的液胀安全。 　　3.土工膜类型。在同一垫层、同一水压力下，PVC膜适应能力强、HDPE膜次之、复合膜变形小。 　　4.垫层完整性。在高分子聚合混凝土垫层破碎状态下，其上土工膜在1.5MPa高压水头作用后比垫层完整状态下明显变薄。垫层断裂缺陷处变形尤为明显。PVC膜拆模静止2４h后，除垫层破坏处土工膜不可恢复外，其余表面均已得到恢复。这也说明土工膜发生了塑性变形。由此可知，与垫层级配等因素相比，在长期处于高压下，垫层的破损对土工膜液胀安全的威胁更大。各类土工膜中PVC／织物适应垫层缺陷的能力强。 　　土工膜以塑料薄膜作为防渗基材，与无纺布复合而成的土工防渗材料，它的防渗性能主要取决于塑料薄膜的防渗性能。有些的基础工程相关文件中对土工膜及使用年限作了较为宽限的规定，如俄罗斯《土石、河坝中应用聚乙烯防渗材料须知》中规定，聚乙烯类土工膜使用年限不超过50年。 　　土工膜的使用年限问题，主要是由塑料薄膜是否失去防渗隔水作用而定，据苏联标准规定，水工用的厚度为0.2m的土工膜加稳定剂的聚乙烯薄膜，在清水条件下工作年限可达80~120年，在污水条件下工作年限为60~90年。因此土工膜的使用年限足以满足大坝防渗要求的使用年限。 　　对于土工膜用户来说为保障土工膜的使用年限，它的铺设应在干燥和暖天色下进行，为了便于拼接，防止应力集中，在铺设采中用波浪形松驰方式，富余度约为1.5％，摊开后及时拉平、拉开，要求其与坡面吻合平整，无突起褶皱，施工职员应穿平底布鞋或软胶鞋，严禁穿钉鞋，以免踩坏土工膜，施工时如发现有损坏，应及时修补。 　　当土工膜用于渠道边坡和渠底时，应覆以30cm厚的土。有关渠道膜上是否加覆盖层，目前外有不同做法。原苏联水工科学院对已建成的建筑物中聚合物土工膜观测，认为埋于土中和水下的聚合物使用寿命至少在50年以上。根据其对聚乙烯膜作老化试验的推算认为，坝内可使用100年。英认为埋于坝内的橡胶土工膜，其使用寿命在100年以上。欧洲其他也都认为埋于土（混凝土）内土工膜的寿命可达100年以上。美在土工合成材料工程的设计中，使用期寿命为120年. 　　此外，施工时，应尽力避免石块直接砸在土工膜上，是边铺膜边进行保护层的施工，这样也会增加膜的寿命。膜与周边结构物连接应采用膨胀螺栓和钢板压条锚固，连接部位要涂刷乳化沥青（厚2mm）粘接，以防该处发生渗漏。用不同的编制编织设备和工艺将经纱与纬纱交织在起织成布状，可根据不同的使用范围编织成不同的厚度与密实度，般有纺土工布较薄纵横向都具有相当强的抗拉强度（经度大于纬度），具有很好的稳定性能。 　　其实，土工膜使用寿命关键还是要看材料的质量，山东德州生产的土工膜严格按照有关标准生产，并在标基础上添加些抗氧化剂、紫外线稳定剂以及允许添加的塑化剂和固化剂，使产品性能达到。 　　关于储存，土工膜材料存放时均要防止太阳照射，太阳照射容易降解，影响材料性能，会随着曝晒时间的延长而大大的缩短土工膜的使用寿命。经试验考证，土工膜材料埋在地表40 cm以下使用和放在水中的使用寿命可达100年以上。 　　在借鉴高速铁路板式轨道结构的既有研究成果的基础上，经过创新性的探索研究，在试验段铺设的板长为5930mm的轨道结构中加入土工布材料对轨道结构改进，土工布的设置有利于轨道结构服役期的检修和维护和轨道结构受力状态的改善，同时，土工布可快速缓解翻浆冒泥地段的孔隙水压力，同时具有阻挡泥浆的作用。 　　重点模拟地铁隧道壁以内的轨道结构部分。钢轨、轨道板、自密实混凝土、回填层以及土工布均采用8节点实体单元模拟，扣件采用连接单元模拟。钢轨选用60kg/m钢轨，密度为7850kg/m3，弹性模量为2.1×105MPa，泊松比为0.3。扣件布置的间距为0.6m，横向刚度和垂向刚度分别为3×107N/m和4.8×107N/m。根据地铁预制板轨道实际设计参数，P5330轨道板长5330mm，P5930轨道板长5930mm，轨道板宽均为2400mm，板厚分别为200mm和260mm，采用C60混凝土；自密实混凝土层宽2400mm，采用C40混凝土；土工布弹性模量为7.8MPa，泊松比为0.47，厚度为7mm，密度为1300kg/m3。 　　地铁列车为A型车，车辆简化为车体、转向架和轮对3个部分组成的刚体。一系悬挂和二系悬挂均简化为连接单元(弹簧?阻尼单元)。轮轨法向接触采用非线性接触，切向接触采用接触算法，车轮采用磨耗型踏面。自密实混凝土层和仰拱回填层之间设置为绑定，轨道板和土工布以及土工布和自密实混凝土之间采用面?面接触设置，垂向采用硬接触，不考虑互穿透，切向根据实际数据，设置摩擦因数为0.8。 　　采用土工布防护结构的边坡，泥沙量和泥沙含量均大幅减少，相对于裸坡，土工布防护下的泥沙量比裸坡情况下减少43%以上，土工布结构的防护效果明显。 　　土工布间距越小，冲刷量越小，防护效果越好；凸起构造防护的 泥沙冲刷量比无凸起构造少40%，防护 效 果较好。凸起构造能减缓雨水流速，拦截泥沙的流失，从而起到较好的防护效果。土工布防护中，土工布对泥沙有拦截作用，使泥沙冲刷量减少。 　　对不同的防护形式组合，综合考虑成本及防护效果，采用间距20cm凸起构造的防护效果佳。 　　土工布边坡防护具有较好的防护效果，土工布埋于土体并覆盖一定宽度的土体，起到了渗透同时防止水土流失的作用，当雨水在坡面形成径流时，土工布能避免或减少径流对坡面土壤的侵蚀，保持边坡施工后的稳定。 　　室内边坡模拟装置及降雨装置能较好地模仿边坡的特性，且可以调整角度和降雨强度，能实现对不同坡度边坡和不同降雨强度的模拟。 　　在多组防护形式中，间距20cm凸起构造的防护效果佳，在实际工程中应用，可实现佳生态和经济效益 　　土体在不同含水率条件下，其剪切应力—位移曲线形状相近，都存在上升、平稳和下降阶段，界面剪切应力受土体含水率的影响非常明显，当土体含水率为5%时，其剪切应力相对于含水率为0%时提高了10.1%，因为当土体含水率较小时，在竖向压力作用下提高了土体整体的密实度，增加了极限剪切应力;但是，当土体含水率大于5%时，随着含水率的增大，土体出现泌水现象，使得土体自身强度降低，并且使得土工布与土体界面上的含水量增大，在荷载作用下，孔隙水压力也相应增大，土工布与土之间的有效应力减小，导致其极限剪切应力减小，因此，在土工布加固工程的设计和施工过程中，应重视路堤和地基的排水设计和施工，避免大量渗水和积水。 　　竖向压力对土工布界面剪切应力有较大的影响，随着竖向压力的增大，土工布与土的界面剪切应力也增大，且土工布的拉伸变形量也增大，导致剪切应力峰值对应的剪切位移也增大，剪切试验过程中，剪切应力逐步从拉拔端逐渐传递到自由端。 　　相同竖向压力和相同土体含水率的条件下，增加土工布的层数能够提高界面剪切应力，但是，当土工布层数超过2层时，其剪切应力提高程度较小。 　　土体含水率对土体和土工布的界面剪切应力影响较大，当土体含水率小于5%时，界面剪切应力随含水率增大有所提高，而土体含水率大于5%时，随着含水率的增加，剪切应力急剧减小。 　　防水毯用膨润土捏合方法：采用4种捏合方式包括螺旋挤压、轮碾、对辊、精细泥化。 　　双螺旋挤压：传统挤压设备一般采用螺旋挤压，因其挤压强度大，通常应用于制砖工艺中，将双螺旋挤压应用于膨润土改型，是近年来备受关注的钙基膨润土挤压钠化方式。在防水毯用膨润土生产中，该设备用于产品制备过程中膨润土和添加剂的捏合，利用螺旋挤压设备的高挤压强度，促进膨润土层间结构的伸展，利于膨润土膨胀性、吸水性的发挥。 　　轮碾：轮碾机是物料混匀的常用设备，碾轮和底盘之间的间距可以根据物料碾压强度的需求进行调整，物料混合过程中，施加一定的剪切应力，使蒙脱石颗粒之间分开。同时，在加压过程中可使一部分机械能转化为热能，晶层之间、颗粒之间产生相对运动而分离，增加膨润土和添加剂的接触面积，利于膨润土性能指标的提高。 　　对辊：对辊在膨润土生产中主要用于物料的打散、破碎，对于品位较高、质量较好的天然钠基土尤其适用。天然钠基膨润土因其较低层电荷，层间结构容易受外力的影响而具有较高的离子交换容量和较好的膨胀性能。物料进入对辊后，辊轮的间距也可根据物料需要受力的大小进行调整，国内很多膨润土厂家使用对辊对膨润土进行改型、捏合。将对辊用于本试验膨润土捏合，利用对辊的挤压力，改善或提高膨润土物化性能。 　　精细泥化机：膨润土精细泥化机结构简单，在碾压轮和碾压盘强力挤压和剪切作用下，可以使膨润土充分泥化，泥化率达90%，几乎不存在“夹生”现象，一次泥化既保证了膨润土与添加剂的充分接触，并且碾压过程中膨润土物料相互捏合、摩擦，产生大量热量，物料温度可达30~50℃，高温更有利于离子之间的插层、交换，膨胀效果更好。 　　HDPE装置施工过程简单，包括土方开挖、基础夯实、集气管铺设、底膜及边坡铺设、顶膜铺设和沼气利用设施安装等过程。 　　1.土方开挖　挖设78ｍ×20ｍ×5ｍ （取整数）的半椭球形凹坑，在离凹坑边缘1.0ｍ 挖设锚固沟，沟的深度和宽度分别为1.0ｍ，清理坑内及沟内硬物并均匀碾压夯实，碾压密度达到 《聚乙烯（pe）土工膜防渗工程技术规范》 的要求。 　　2.管道铺设　沼气池开挖后，根据现场实际状况，开 挖 盲 沟，铺 设 进 水 管、 出 水 管、 排 渣 管等，排渣管底部紧贴底膜，进料管位于离底部２/３高度之椭圆长轴顶端处，出料管高出进料管２0～３0mm。进料管端口安装90°叉形管，叉形管的交叉点位于椭圆形长轴位置的1/16，叉形管的两出料点连线中点位于椭圆形长轴的1/８位置。底膜内侧设计环形导 热 管，呈 倒 锥 形 弹 簧 布 置，其 进 端 位 于 下部，导热管的出端位于上部，导热管的进、出端错 　　位1８0°。 　　3.HDPE防渗膜 铺 设　采 用1.5 mm厚 度 的HDPE防渗膜进行底部防渗，膜与膜之间接缝的搭接宽度不小于100mm，使接缝排列方向平行于跛脚线，即沿坡度方向排列。HDPE 膜焊接多使用楔焊机和挤压熔焊机。接缝宽度范围内有两道焊缝 （双保险），每道焊缝宽度不小于10mm，焊缝处HDPE防渗膜熔接为一个整体，不得出现虚焊、漏焊或 过 焊。避 免 边 坡 膜 面 “起 鼓” 或 “悬 空”。沼气池基础设施、管道铺设、底膜铺设都完成后，采用２.0mm厚度的HDPE膜进行整体焊接覆盖顶部。HDPE底膜铺设后，素土填２0ｃｍ 厚，待铺顶膜后，锚固沟用素土填平夯实。