土工合成材料作业指导书

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土工合成材料作业指导书

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一、适用范围

本作业指导书适用于公路工程所应用的各类土工合成材料的性能试验。 二、执行标准

JTG E50-2006 公路工程土工合成材料试验规程 GB 6529 纺织品调湿和试验用标准大气 GB 8170 数值修约规则 三、取样程序

1、取卷装样品

取样的卷装数按相关文件规定。 所选卷装材料应无破损。

2、裁取样品

全部试验的试样应在同一样品中裁取。 卷装材料的头两层不应取作样品。

取样时应尽量避免污渍、折痕、孔洞或其他损伤部位，否则要加放足够数量。

3、样品的标记

样品上应标明下列内容：商标、生产商、供应商；型号；取样日期；要加标记表示样品的卷装长度方 向。

当样品两面有显著差异时，在样品上加注标记，标明卷装材料的正面或反面。

如果暂不制备试样，应将样品保存在洁净、干燥、阴凉避光处，并且避开化学物品侵蚀和机械损伤。 样品可以卷起，但不能折叠。 四、试样准备

用于每次试验的试样，应从样品长度和宽度方向上均匀地裁取，但距样品幅边至少 10cm。 试样不应包含影响试验结果的任何缺陷。

对同一项试验，应避免两个以上的试样处在相同的纵向或横向位置上。

试样应沿着卷装长度和宽度方向切割，需要时标出卷装的长度方向。除试验有其他要求，样品上的标 志必须标到试样上。

样品经调湿后，再制成规定尺寸的试样。

在切割结构型土工程材料时可制定相应的切割方案。

如果制样造成材料破碎，发生损伤，可能影响实验结果，则将所有脱落的碎片和试样放到一起，用于 备查。

五、调湿和状态调节

土工织物：试样应在标准大气下调湿 24h，标准大气按 GB 6529 规定的三级标准：温度 20℃±2℃、相 对湿度 65%±5%。

如果确认试样不受环境影响，则可省去调湿和状态调节的处理程序，但应在记录中注明试验时的温度 和湿度。

六、单位面积质量测定

1、 适用范围

本方法规定了土工合成材料单位面积质量的测定方法。

本方法适用于土工织物、土工格栅，其他类型的土工合成材料可参照执行。 2、定义： 单位面积质量：单位面积的试样，在标准大气条件下的质量。

3、仪器设备及材料

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剪刀或切刀。

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称量天平（感量为 0.01g）。

钢尺（刻度至毫米，精度为 0.5mm）。 4、试验步骤

A.取样：按本作业指导书的有关规定取样。

B.试样调湿和状态调节：按本作业指导书的规定进行。 C.试样制备

土工织物：用切刀或剪刀裁取面积为 10000mm 2 的试样 10 块，裁剪和测量精度为 1mm。

对于土工格栅、土工网这类孔径较大的材料，试样尺寸应能代表该种材料的全部结构。可放大试样尺 寸，剪裁时应从肋间对称剪取，剪裁后应测量试样的实际面积。

D.称量：将裁剪好的试样按编号顺序逐一在天平上称量，读数精确到 0.01g。 5、结果计算

A.按下式计算每块试样的单位面积质量，保留小数一位：

6 G=（m×10 ）/A

2 式中：G---试样单位面积质量(g/m )

m---试样质量(g) A---试样面积(mm ) 2

2 ；同时计算出标准差 B.计算 10 块试样单位面积质量的平均值 G ，精确到 0.1

g/m 七、厚度测定

1.土工织物厚度测定 A.适用范围

本方法规定了在一定压力下测定土工织物和相关产品厚度的试验方法。 本方法适用于土工织物及复合土工织物。

B.定义： 厚度：土工织物在承受规定的压力下，正反两面之间的距离。

常规厚度：在 2kPa 压力下测得的试样厚度。

C.仪器设备及材料

2 基准板：面积应大于 2 倍的压块面积。

压块：圆形，表面光滑，面积为 25cm ,重为 5N、50N、500N 不等；其中常规厚度的压块为 5N，对 试样施加 2kPa±0.01 kPa 的压力。

百分表：最小分度值 0.01mm。 秒表：最小分度值 0.1s。 D.试验步骤

a.取样：按本作业指导书的有关规定取样。

b.试样调湿和状态调节：按本作业指导书的规定进行。

c.试样制备：裁取有代表性的试样 10 块，试样尺寸应不小于基准板的面积。 E.测定 2kPa 压力下的常规厚度

a.擦净基准板和 5N 的压块，压块放在基准板上，调整半分表零点。

b.提起 5N 的压块，将试样自然平放在基准板与压块之间，轻轻放下压块，使试样受到的压力为 2kPa±0.01 kPa，放下测量装置的百分表触头，接触后开始记时，30s 时读数，精确至 0.01mm。

c.重复上述步骤，完成 10 块试样。

d.根据需要选用不同的压块，使压力为 20kPa±0.1 kPa，重复上述程序，测定 20kPa±0.1 kPa 压力下 的试样厚度。

和变异系数 Cv。

e. 根据需要选用不同的压块，使压力为 200kPa±1 kPa，重复上述程序，测定 200kPa±1 kPa 压力下

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的试样厚度。

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，以毫米为单位，计算到小数点后三位， f.计算在同一压力下所测定的 10 块试样厚度的算术平均值 修约到小数点后两位。

g.如果需要，同时计算出标准差 八、宽条拉伸试验

和变异系数 Cv。

1、本方法规定了用宽条试样测定土工织物及其有关产品拉伸性能的试验方法。

本方法适用于大多数土工合成材料，包括土工织物及复合土工织物，也适用于土工格栅。

本方法包括测定调湿和浸湿两种试样拉伸性能的程序，包括单位宽度的最大负荷和最大负荷下的伸 长率特定伸长率下的拉伸力的测定。

2、仪器设备及材料

拉伸试验机：具有等速拉伸功能，拉伸速度可以设定，并能测读拉伸过程中试样的拉力和伸长量， 记录拉力-伸长曲线。

夹具：钳口表面应有足够宽度，至少应与试样 200mm 同宽，以保证能够夹持试样的全宽，并使用适 当措施避免试样滑移和损伤。

伸长计：能够测量试样上两个标记点之间的距离，对试样无任何损伤和滑移，能反映标记点的真实 动程。伸长机包括力学、光学或电子形式。伸长计的精度应不超过±1mm。

蒸馏水：仅用于浸湿试样。

非离子润湿剂：仅用于浸湿试样。 3、试样制备

取样：按本作业指导书规定取样。

试样数量：纵向和横向各剪取至少 5 块试样。

试样尺寸：无纺类土工织物试样宽度为 200mm±1mm（不包括边缘），并有足够的长度以保证夹具 间距 100mm；为控制滑移，可沿试样的整个宽度与试样长度方向垂直的画两条间隔 100mm 的标记线（不 包含绞盘夹具）。对于机织类土工织物，将试样剪切约 220mm 宽，然后从试样的两边拆去数目大致相等 的边线以得到 200mm±1mm 的名义试样宽度，这有助于保持试验中试样的完整性。对于土工格栅每个试 样至少为 200mm 宽，并具有足够长度。试样的夹持线在节点处，除被夹钳夹持住的节点或交叉组织外， 还应包含至少 1 排节点或交叉组织；对于横向节距大于或等于 75mm 的产品，其宽度方向上应包含至少 两个完整的抗拉单元。如使用伸长计，标记点应标在试样的中排抗拉肋条的中心线上，两个标记点之间 应至少间隔 60mm，并至少含有 1 个节点或 1 个交叉组织。对于针织、复合土工织物或其他织物，用刀或 剪子切取试样可能会影响织物结构，此时允许采用热切，但应在试验报告中说明。当需要测定湿态最大 负荷和干态最大负荷时，剪取试样长度至少为通常要求的两倍。将每个试样编号后对折剪切成两块，一 块用于测定干态最大负荷，另一块用于测定湿态最大负荷，这样使得每一对拉伸试验是在含有同样纱线 的试样上进行的。

4、试样调湿和状态调节

干态试验所用试样的调湿，按本作业指导书的规定进行。

湿态试验所用试样应浸入温度为 20℃±2℃的蒸馏水中，浸润时间应足以使试样完全浸润或者至少 24h。为使试样完全浸润，也可以在水中加入不超过 0.05%的非离子型润湿剂。

5、试验步骤

A.拉伸试验机的设定

土工织物，试验前将两夹具间的隔距调至 100mm±3mm；选择试验机的负荷量程，使断裂强力在满 量程负荷的 30%---90%之间。设定试验机的拉伸速度，使试样的拉伸速率为名义夹持长度的 （20%±1%）/min。

如使用绞盘夹具，在试验前应使用绞盘中心间距保持最小，并且在试验报告中注明使用的绞盘夹具。 B.夹持试样

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将试样在夹具中对中夹持，注意纵向和横向的试样长度应与拉伸力的方向平行。合适的方法是将预 先画好的横贯试件宽度的两条标记线尽可能的与上下钳口的边缘重合。对湿态试样，从水中取出后 3min 内进行试验。

C.试样预张

对以夹持好的试件进行预张，预张力相当于最大负荷的 1%，记录因预张试样产生的加持长度的增 加值 L’0。

D.使用伸长计时

在试样上相距 60mm 处分别设定标记点（分别距试样中心 30mm），并安装伸长计，注明不能对试 样有任何损伤，并确保试验中标记点无滑移。

E.测定拉伸性能

开动试验机连续加荷直至试样断裂，停机并恢复至初始标距位置。记录最大负荷，精确至满量程 的 0.2%，记录最大负荷下伸长量△L，精确到小数点后一位。

如试样在距钳口 5mm 范围内断裂，结果应予剔除；纵横向每个方向至少试验 5 块有效试样。如试

样在夹具中滑移，或者多于 1/4 的试样在钳口附近 5mm 范围内断裂，可采用下列措施：夹具内加衬垫； 对夹在钳口内的试样加以涂层；改进夹具钳口表面。无论采取何种措施，都应在报告中注明。

F.测定特定伸长率下的拉伸力

使用合适的记录测量装置测定在任一特定伸长率下的拉伸力，精确至满量程的 0.2%。 G.结果计算

a.拉伸强度：计算每个试样的拉伸强度：

α f= fC F

式中：f- --拉伸强度(kN/m)

α

F ---最大负荷(kN) f

C---对于非织造品、高密织物或其他类似材料：C=1/B

B---试样的名义宽度(m)

对于稀松机织土工织物、土工网、土工格栅或其他类似的松散结构材料：C=Nm/Ns

Nm ---试样 1m 宽度内的拉伸单元数 N s ---试样内的拉伸单元数 b.最大负荷下伸长率：ε=

△L L×100

0 L'0

式中: ε---伸长率（%）

---名义夹持长度（使用夹具时为 100mm，使用伸长计时为 60mm） L0 L’0 ---预负荷伸长量(mm)

△L---最大负荷下的伸长量(mm)

c.特定伸长率下的拉伸力

计算每个试样在特定伸长率下的拉伸力，例如伸长率 2%时的拉伸力：

F 2%= 2%C f

式中：2%- --对应 2%伸长率时每延米拉伸力(kN/m)

F

f2 % ---对应 2%伸长率时试样的测定负荷(kN) C ---由上式中求出

H.平均值和变异系数

分别对纵向和横向两组试样的拉伸强度、最大负荷下伸长率及特定伸长率下的拉伸力计算平均值

和变异系数，拉伸强度和特定伸长率下的拉伸力精确至 3 位有效数字，最大负荷下伸长率精确至 0.1%， 变异系数精确至 0.1%。 每组有效试样为 5 块。

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九、CBR 顶破强力试验 1、适用范围

本方法规定了测定土工织物顶破强力、顶破位移和变形率的试验方法。 本方法适用于土工织物、土工膜及其复合产品。

2、仪器设备及材料

试验机：应具有等速加荷功能，加荷速率可以设定，并能测读加荷过程中的应力、应变量，记

录应力-应变曲线。

顶破夹具：夹具夹持环底座高度须大于 100mm，环形夹具内径为 150mm，其中心必须在顶压杆 的轴线上。

顶压杆：直径为 50mm、高度为 100mm 的圆柱体，顶端边缘倒成 2.5mm 半径的圆弧。 3、试样制备

取样：按本作业指导书的规定取样。

制样：裁取 φ300mm 的圆形试样 5 块，试样上不得有影响试验结果的可见疵点，在每块试样离 外圈 50mm 处均等开 6 条 8mm 宽的槽。

试样调湿和状态调节：按本作业指导书的规定进行。

4、试验步骤

A.试样夹持：将试样放入环形夹具内，使试样在自然状态下拧紧夹具，以避免试样在顶压过程

中滑动或破损。

B.将夹持号试样的环形夹具对中放于试验机上，设定试验机满量程范围，使试样最大顶破强力

在满量程负荷的 30%-90%范围内，设定顶压杆下降速度为 60mm/min±5 mm/min。

C.启动试验机，直到试样完全顶破位置，观察和记录顶破情况，记录顶破强力(N)和顶破位移

(mm)。如土工织物在夹具中有明显滑动，则应剔除此次试验数据，并补做实验至 5 块。

5、结果计算

分别计算 5 块试样的顶破强力(N)、顶破位移(mm)的平均值和变异系数 Cv。顶破强力和顶破位 移计算至小数点后 1 位，修约至整数。

变形率计算至小数点后 1 位，修约至整数。

ε=

L1 L0 ×100 L0

2

L= h 1

L0

2

以上两式中：h---顶压杆位移距离(mm)

L0- --试验前夹具内侧到顶压杆顶端边缘的距离(mm)

L1---试验后夹具内侧到顶压杆顶端边缘的距离(mm) ε---变形率（%）

十、垂直渗透性能试验（恒水头法）

1、适用范围

本方法规定了土工织物及复合土工织物在系列恒定水头下垂直渗透性能的试验方法。 本方法适用于土工织物和复合土工织物。

2、仪器设备及材料

恒水头渗透仪：渗透仪的最小直径 50mm，能使试样与夹持器周壁密封良好，没有渗漏。仪器能

设定的最大水头差应不小于 70mm，有溢流和水位调节装置，能够在试验期间保持试件两侧水头恒定，有 达到 250mm 恒定水头的能力。测量系统的管路应避免直径的变化，以减少水头损失。有测量水头高度的

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装置，精确到 0.2mm。

供水系统：试验前必须用抽气法或煮沸法脱气，水中的溶解氧含量不得超过 10mg/kg。溶解氧含

量的测定在水入口处进行，溶解氧的测定仪器或仪表应符合有关规定。水温控制在 18℃~22℃。

其他用具：秒表，精确到 0.1s；量筒，精确到 10mL；温度计，精确到 0.2℃ 3、试样制备

取样：按本作业指导书的规定取样。

试样数量和尺寸：试样数量不小于 5 块，其尺寸应与试验仪器相适应。

试样要求：试样应清洁，表面无污物，无可见损坏或折痕，不得折叠，并应放置于平处，上面

不得施加任何荷载。

4、试验步骤

A.将试样置于含润湿剂的水中，至少浸泡 12h 直至饱和并赶走气泡。润湿剂采用 0.1%V/V 的烷

基苯磺酸钠。

B.将饱和试样装入渗透仪的加持器内，安装过程应防止空气进入试样，有条件时宜在水下装样，

并使所有的接触点不漏水。

C.向渗透仪注水，直到试样两侧达到 50mm 的水头差。关掉供水，如果试样两侧的水头在 5min 内不能平衡，查找是否有未排除干净的空气，重新排气，并在试验报告中注明。

D.调整水流，使水头差达到 70mm±5mm，记录此值，精确到 1mm。待水头稳定至少 30s 后，

在规定的时间周期内，用量杯收集通过仪器的渗透水量，体积精确到 10mL，时间精确到 s。收集渗透水 量至少 1000mL，时间至少 30s。如果使用流量计，流量计至少应有能测出水头差 70mm 时的流速的能力， 实际流速由最小时间间隔 15s 的 3 个连续读数的平均值得出。

E.分别对最大水头差 0.8、0.6、0.4 和 0.2 倍的水头差，重复上述程序，从最高流速开始，到最 低流速结束，并记录下相应的渗透水量和时间。如果使用流量计适用同样的原则。

F.记录水温，精确到 0.2℃。

G.对剩下的试样重复上述试验步骤。 5、结果计算

流速指数：按下式计算 20℃时的流速 V20(mm/s)：

VRT V 20=

At

3 式中：V---渗透水的体积（m ）

RT---T℃水温时的水温修正系数 2 A---试样过水面积（m ）

t---达到水体积 V 的时间（s）

如果使用流速计，流速 VT 直接测定，则按公式计算 20℃时的流速 V20(mm/s)：

V20=VTRT

计算每块试样不同水头差下的流速 V20。使用计算法或图解法，用水头差 h 对流速 V20 通过原

点作曲线。在一张图上绘出 5 个试样的水头差 h 对流速 V20 的曲线 5 条。

通过计算法或图解法求出 5 个试样 50mm 水头差的流速值，给出平均值和最大、最小值。平

均值为该样品的流速指数，精确到 1mm/s。

垂直渗透系数：计算实际水温下的垂直渗透系数 k：

v k=v/i=

h

式中：k---实际水温下的垂直渗透系数(mm/s) v---垂直土工织物平面水的流动速度(mm/s)

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i---土工织物上下两侧的水力梯度

δ---土工织物试样厚度(mm)

△h---对土工织物试样施加的水头差(mm) 按下式计算 20℃水温下的垂直渗透系数 k20：

k20 =kRT

式中：k20---水温 20℃时的垂直渗透系数(mm/s) k---实际水温下的垂直渗透系数(mm/s) RT---T℃水温时的水温修正系数

： 透水率：计算水温 20℃时的透水率 θ 20

θ2 0=/δ= V k 20 20 △/h

式中：20- --水温 20℃时的透水率(1/s)

θ

k2 0 ---水温 20℃时的渗透系数(mm/s)

δ---土工织物厚度(mm)

V20---水温 20℃时，垂直土工织物平面水的流动速度(mm/s) △h ---对土工织物试样施加的水头差(mm) 十一、有效孔径试验（干筛法）

1、适用范围

本方法规定了用干筛法测定土工织物孔径的试验方法。 本方法适用于土工织物和复合土工织物。

2、仪器设备及材料

筛子：直径 200mm。

标准筛振筛机：横向振动频率：220 次/min±10 次/min；回转半径：12mm±1mm 垂直振动频率：150 次/min±10 次/min；振幅：10mm±2mm

标准颗粒材料：标准颗粒材料粒径分组如下：

0.045~0.063、0.063~0.071、0.071~0.090、0.090~0.125、0.125~0.180、0.180~0.250、0.250~0.280、0.280~0. 355、0.355~0.500、0.500~0.710(mm)

天平：称量 200g，感量 0.01g。 秒表、细软刷子、剪刀等。

3、试样制备

取样：按本作业指导书的规定取样。

试样数量及尺寸：剪取 5×n 块试样，n 为取粒径的组数；试样直径应大于筛子直径。 试样调湿：当试样在间隔至少 2h 的连续称重中质量变化不超过试样质量的 0.25%时，可

认为试样已经调湿。

4、试验步骤

实验前应将标准颗粒材料与试样同时放在标准大气条件下进行调湿平衡。

将 5 块试样平整、无褶皱的放入能支撑试样而不致下凹的支撑筛网上。从较细粒径规格

的标准颗粒中称 50g，均匀地撒在土工织物表面上。

将筛框、试样和接受盘夹紧在振筛机上，开动振筛机，摇筛试样 10min。 关机后，称量通过试样进入接收盘的标准颗粒材料质量，精确至 0.01g。

更换新的一组试样，用下一较粗规格粒径的标准颗粒材料重复上述步骤，直至取得不少

于三组连续分级标准颗粒材料的过筛率，并有一组的过筛率达到或低于 5%。

5、结果计算

按下式计算过筛率，结果修约到小数点后两位：

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B=

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P T

100

式中：B---某组标准颗粒材料通过试样的过筛率（%）

P---5 块试样同组粒径过筛量的平均值（g） T---每次试验用的标准颗粒材料量（g）

以每组标准颗粒材料粒径的下限值为横坐标（对数坐标），相应的平均过筛率为纵坐标，描

点绘制过筛率与粒径分布曲线。找出曲线上纵坐标 10%对应的横坐标值，即为 O 90； 找出曲线上纵坐标 5%对

，读取两位有效数字。 应的横坐标，即为 O 95

O9 0 、95 值的确定： O O9 0 表示 90%的标准颗粒材料留在土工织物上，其通过率 B 为 1-90%=10%，曲线上纵坐标为 10%点

所对应的横坐标即定义为有效孔径 O 90， 单位为 mm。

O 95 表示 95%的标准颗粒材料留在土工织物上，其通过率 B 为 1-95%=15%，曲线上纵坐标为 5% 点所对应的横坐标即定义为有效孔径 O95，单位为 mm。