31SLT2351999土工合成材料测试规程.docx

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31SLT2351999土工合成材料测试规程

土工合成材料测试规程

SL/T235-1999

前言

   编写本规程的目的是为了使土工合成材料的试验方法逐步趋于标准化、统一化，向国际标准靠拢。

1988年原土工合成材料技术协作网组织编制了《土工织物测试方法参考标准》，1990年原水利电力部委托南京水利科学研究院主持编写《土工合成材料测试手册》，这些工作对试验方法的日趋统一起到了积极作用。

近年来，由于土工合成材料的品种及应用取得了较大发展，已有的测试项目有进一步充实和修订的必要。

经土工合成材料工程协会与水利部商定，合作编写本规程。

本规程共收编19个试验项目，主要参考美国标准（ASTM）、国际标准（ISO）及以其为依据的国家标准（GB）、德国标准（DIN）、美国公路局（FHWA）的《土工织物工程手册》等。

引用和制定这些方法的原则是，结合我国国情和以多年土工试验比较成熟的经验为基础。

少部分方法是依据试验室现有条件，经共同研究并经实践证明后而制定的。

   本规程解释单位：

水利部国际合作与科技司

   本规程主编单位：

南京水利科学研究院中国土工合成材料工程协会

   本规程主要起草人：

马梅英刘宗耀王育人王正宏陈环杨灿文

目次

1、总则

2、术语和符号

3、试验方法的共同规定

4、单位面积重量测定

5、厚度测定

6、孔径试验（干筛法）

7、垂直渗透试验

8、水平渗透试验

9、条样法拉伸试验

10、握持位伸试验

11、撕裂试验

12、胀破试验

13、CBR顶破试验

14、刺破试验

15、土工膜抗渗试验

16、直剪摩擦试验

17、拉拔摩擦试验

18、土工格栅、土工网及土工带拉伸试验

19、塑料排水带芯带压屈强度与通水量试验

20、软式透水管试验

21、蠕变试验

22、淤堵试验

附录A试验记录表格

本规程的用词和用语说明

条文说明

1总则

1.0.1为推动土工合成材料在工程建设中的应用，统一材料测试的技术要求，特制定本规程。

1.0.2本规程适用于水利、铁路、公路、水运、建筑、环境等工程中所用的土工合成材料的测试。

1.0.3土工合成材料性状受试验方法、荷载性质、试样尺寸、加荷速率、试验温度等因素的影响，测试时应按本规程有关规定进行。

1.0.4土工合成材料的测试除应遵守本规程的规定外，尚应符合国家现行有关标准、规范的规定。

2术语和符号

术语

2.1.1等效孔径（或称表观孔径）

   以土工织物为筛布对颗粒料进行筛析，当一种颗粒料的过筛率（通过织物的颗粒料重量与颗粒料总重量之比）为5％时，则该颗粒粒径尺寸定为土工织物的等效孔径。

2.1.2垂直渗透系数

   水流垂直于土工织物平面水力梯度等于1时的渗透流速。

2.1.3透水率

   水流垂直于土工织物平面水位差等于1时的渗透流速。

2.1.4水平渗透系数

   水流沿土工织物平面水力梯度等于l时的渗透流速。

2.1.5导水率

   水力梯度等于1时水流沿土工织物平面单位宽度内输导的水量。

2.1.6抗拉强度

   试样拉伸时能承受的最大拉力，发生在断裂时或断裂前。

2.1.7延伸率

   试样拉伸时对应最大拉力时的应变。

2.1.8握持强度

   在试样宽度范围内试样在局部被夹持的条件下进行拉伸的过程中出现的最大拉力。

2.1.9撕裂强度

   试样沿规定的切缝逐渐扩展裂口至整个试样的过程中出现的最大撕裂力。

2.1.10胀破强度

   在试样的垂直方向上施加液压，使试样扩张直至破坏，破坏时的液压称为胀破强度。

2.1.11CBR顶破强度

   一直径50mm的圆柱顶杆垂直顶人试样过程中的最大顶压力。

2.1.12刺破强度

   一直径8mm的刚性顶杆垂直刺人试样过程中最大刺破力。

2.1.13压屈强度

   塑料排水带的芯带在外力作用下抵抗压裂、倾倒破坏的能力。

2.1.14排水带通水量

   排水带的芯带与滤膜复合体在侧压力作用下沿排水带截面的纵向通水能力。

2.1.15扁平率

   软式透水管在上复压力作用下透水管的径向变形量与管径之比。

2.1.16蠕变

2.1.17拉伸蠕变破坏强度

   在规定的条件下进行蠕变试验，对应于某一指定时间发生破坏的材料单宽强度。

2.1.18梯度比

   淤堵试验中，土工织物及其上相邻25mm土样的复合水力梯度与其上25mm至75mm范围的土样的水力梯度之比。

符号

   A——面积；

   B——宽度；

   Cv——变异系数；

   D——管径；

   F——总水平力；

   f——土-土工织物界面摩擦系数；

   G——单位面积重量；

   H——渗径长度；

   △h——水位差；

   i——水力梯度；

   k——垂直渗透系数；

   kh——水平渗透系数；

   km——土工膜渗透系数

   L——长度；

   O95——等效孔径；

   P——总法向力；

   p——法向压力；

   Ph——胀破强度；

   Q——通水量；

   t——历时；

   Tc——CBR尺顶破强度；

   Tg——握持强度；

   Tp——刺破强度；

   Ts——抗拉强度；

   Tt——撕裂强度；

   U——扁平率；

   W——渗水量；

   ——平均值；

   δ——厚度；

   ε——延伸率；

   θ——导水率；

   σ——均方差；

   τp——拉拔摩擦力；

   τs——剪切力；

   Ψ——透水率。

3试验方法的共同规定

目的和适用范围

   本章规定的有关土工合成材料的制样方法，试样调湿和测试值的计算公式，是后面各项试验均应遵守的共同规定。

引用标准   

   IS09862—90《土工织物的取样和试样的准备》

   GB6529—86《纺织品的调湿和试验用大气》

制样方法

3.3.1制样原则：

   1每项试验的试样应从样品的长度和宽度两个方向上随机剪取，距样品的边缘应等于或大于100mm，送检样品应不小于1延长米（或2m2）。

   2试样应不含有灰尘、折痕、孔洞、损伤部分和可见疵点。

   3对同一项试验剪取两个以上的试样时，应避免它们位于同一纵向和横向位置上，即采用梯形取样法，如不可避免（如卷装，幅宽较窄），应在试验报告中注明情况。

   4剪取试样时应满足精度要求。

   5剪取试样前，应先有剪裁计划，然后再剪。

   6对每项试验所用全部试样，应予以编号。

3.3.2上述规定适用于各类土工织物、土工膜和土工复合品，但不包括土工格栅等专门用途制品。

试样调湿

3.4.1试样应置于温度为20±2℃，相对湿度为60±10%和标准大气压的环境中调湿24小时。

3.4.2如果确认试样不受环境影响，则可省去调湿处理，但应在记录中注明试验时的温度和湿度。

算术平均值、标准差和变异系数的计算公式

3.5.1按下式计算术平均值：

（3.5.1）

式中n

——试验次数；

xi

——第i块试样的测试值；

——n块试样测试值的算术平均值。

3.5.2按下式计算标准差σ：

（3.5.2）

   式中符号意义同式（3.5.1）。

3.5.3按下式计算变异系数

（3.5.3）

   式中符号意义同式（3.5.1）。

4单位面积重量测定

目的和适用范围

4.1.1本试验用于测定土工合成材料单位面积重量。

4.1.2本试验适用于各类土工织物、土工膜和土工复合品

引用标准

   IS09864—90《土工织物的单位面积质量测定方法》。

试验设备及用具

4.3.1剪刀。

4.3.2尺，最小分度值为1mm。

4.3.3天平，感量。

操作步骤

4.4.1试样准备：

   1按本规程规定裁剪试样。

   2试样面积应不小于100cm2，试样长度和宽度的裁剪和测量读数应精确到1mm。

   3试样数量应不少于10块，并进行编号。

4.4.2称量：

   将裁剪好的试样按编号顺序逐一在天平上称量，读数应精确到。

计算

4.5.1按下式计算每块试样的单位面积重G：

（4.5.1）

式中G

——试样单位面积重量，g/m2

 M

——试样重点，g；

  A

 ——试样面积，m2

4.5.2按本规程规定计算单位面积重量的平均值G、标准差σ及变异系数Cv。

记录

4.6.1单位面积重量试验记录格式见表A1。

5厚度测定

目的和适用范围

5.1.1本试验用于测定一定压力下土工合成材料的厚度。

5.1.2本试验适用于各类土工织物、土工膜和土工复合品。

引用标准

   IS09863—90《土工织物厚度测定方法》。

试验设备及用具

5.3.1基准板：

直径应大于压块直径50mm，见图。

图5.3.1厚度测定仪

1一百分表；2一压块；3一试样；4一基准板；5一平衡锤；6一砝码

5.3.2压块：

表面光滑平整，底面积为25cm2，重为5N的圆形压块。

压块放在试样上，对试样施加2±的压力。

5.3.3加压仪：

出力大于500N。

5.3.4百分表：

最小分度值0.01mm。

5.3.5秒表：

最小分度值。

操作步骤

5.4.1试样准备

   1按本规程规定裁剪试样。

   2试样数量应不少于10块，并进行编号。

5.4.2测定2kPa压力下厚度的操作方法：

   1擦净基准板和压块，压块放在基准板上，调整百分表零点。

   2提起压块，将试样自然平放在基准板与压块之间，轻轻放下压块，试样受力为2±，接触后开始记时，达30s时记录百分表读数。

提起压块，取出试样。

   3重复上述步骤，测试完10块试样。

5.4.3测定20kPa及200kPa压力下厚度的操作方法：

   1将基准板放在加压仪上，再将压块放在基准板上，调整百分表零点。

   2提起压块，将试样自然平放在基准板和压块之间，轻轻放下压块，调节加压仪上荷重，使试样受力达20±，压力加上后开始记时，达30s时记录百分表读数。

   3仍按上述步骤调节加压仪上荷重，试样受力达200土1kPa，压力加上后开始记时，达30s时记录百分表读数。

   4重复本条及步骤，测试完10块试样。

计算及绘图

5.5.1按本规程规定分别计算每种压力下10块试样厚度的算术平均值、标准差σ及变异系数Cv。

图5.5.2无纺土工织物的厚度—压力关系曲线

5.5.2绘厚度与压力关系曲线，横轴为压力对数值，纵轴为厚度平均值，见图。

记录

5.6.1厚度试验记录格式见表A2。

6孔径试验（干筛法）

目的和适用范围

6.1.1本试验用干筛法测定土工织物的等效孔径EOS（或称表现孔径AOS）和孔径分布曲线。

6.1.2本试验适用于有孔隙的各类土工织物和土工复合品。

引用标准

   ASTMD4751—87《土工织物表观孔径测定》；

   GB6003—85《试验筛》；

   GB9909—88《振筛机》。

试验设备及用具

6.3.1标准试验筛：

直径200mm。

6.3.2振筛机：

具有水平摇动和垂直振动（或拍击）装置应符合GB9909—88《振筛机》的规定。

6.3.3天平：

称量200g，感量。

6.3.4振筛用的颗粒材料。

将洗净烘干的颗粒材料用筛析法进行分级制备，按标准试验筛孔径分级如下：

～0.075mm，～0.090mm，～0.106mm，～0.125mm，～0.150mm，～0.180mm，～0.250mm，～0.350mm等。

6.3.5其他用品：

秒表，细软刷子。

试样准备

6.4.1按本规程规定裁剪试样，其直径应大于筛子直径。

6.4.2应取5块试样，如果试样为针刺土工织物，振筛后，若嵌入织物的颗粒不易清出时，织物试样不能重复使用，这时，试样数为5×n（n为选取的粒径级数）。

操作步骤

6.5.1将试样放在筛网上，并固定好。

6.5.2称量颗粒材料50g，均匀撤布在试样表面。

6.5.3将装好试样的筛子、接收盘与筛盖夹紧装入振筛机上，开动机器，振筛10min。

6.5.4停机后，称量通过试样的颗粒材料重量，然后轻轻振拍筛框或用刷子轻轻拭拂清除表面及嵌入试样的颗粒。

如此对同一级颗粒进行5次平均试验。

6.5.5用另一级颗粒材料在同一块式样上重复本节步骤。

测定孔径分布曲线，应取得不少于3～4级连续分级颗粒的过筛率，并要求试验点均匀分布。

若仅测定等效孔径O95,则有两组的筛余率在95%左右即可。

计算及绘图

6.6.1按下式计算某级颗粒的筛余率Ri：

（6.6.1）

式中Mt

——筛析时颗粒投放量，g;

  Mi

——筛析后底盘中颗粒重量（过筛量），g。

6.6.2按下式计算5次平行试验筛余率的平均值:

（6.6.2）

式中符号同式（6.6.1）。

6.6.3用各级颗粒的平均筛余率与相应各级颗粒的平均粒径在半对数纸上绘孔径分布曲线，见图。

图6.6.3孔径分布曲线

记录

6.7.1孔径试验记录格式见表A3。

7垂直渗透试验

目的和适用范围

7.1.1本试验用于测定在常水头10cm或符合层流条件下土工织物的垂直渗透系数和透水率。

7.1.2本试验适用于具有透水性能的各类土工织物和土工复合品。

引用标准

   ISO／FDIS11058—98T（E）《土工织物及其相关产品无压时的垂直渗透试验》。

试验设备及用具

7.3.1试样夹持器，见图。

   1夹持器的有效过水面积为20～100cm2，应能装单片和多片土工织物试样。

   2试样与夹持器周壁必须密封良好，不得有渗漏。

7.3.2上下游水位容器：

   1容器应有溢流装置，在试验过程中保持常水头。

   2容器应能调节水位，水头变化范围为1～60mm。

7.3.3量测系统的管路宜短而粗，减小水头损失。

7.3.4其他：

秒表、量筒、吸球、水桶等。

7.3.5对新安装的量测系统应作空态（无试样）率定，以确定设备自身的水头损失，并予以修正。

试验准备

7.4.1准备好试验用脱气水或蒸馏水。

7.4.2试样准备：

   1按本规程规定裁剪试样。

   2试样数量：

　   1）单片试样取10个试样平行测定；

　   2）多片试样取5组平行测定。

操作步骤

7.5.1事先将试样浸泡在水中并赶出气泡。

将饱和试样装入夹持器内，安装操作过程中应防止空气进入试样，有条件宜在水下装样。

7.5.2渗透仪内注满水，将夹持器放上，尽快安装，应防止试样内水的流失。

7.5.3向下游容器内注水，使水自试样底部徐徐向上渗出并排气，逐渐使水漫过试样。

7.5.4调节上游水位，使高出下游水位，水从上游流向下游，并溢出。

7.5.5待上下游水位差△h入稳定后，测读△h，开动秒表，用量筒接取一定时段内的渗透水量，并测定水。

7.5.6调节上游水位，改变水力梯度，重复本节步骤。

作渗透流速υ与水力梯度i的关系曲线，取其线性范围内的试验结果，计算平均渗透系数。

7.5.7重新安装一个试样，重复本节步骤对其余试样进行试验。

计算

7.6.1按下式计算20℃时的渗透系数，并注明水头条件：

（7.6.1）

式中k20

——20℃时试样的渗透系数，cm/s；

 W

——渗透水量，cm3；

  δ

——试样厚度，cm；

  A

——试样过水面积，cm2；

   △h

——上下面水位差，cm；

t

——通过水量w的历时，s；

ηt

——试验水温T（℃）时水的动力粘滞系数，kPa·s；

  η20

——20℃时水的动力粘滞系数，kPa·s。

水的动力粘滞系数比ηt/η20列于表7.6.1。

表7.6.1水的动力粘滞系数比ηt/η20

温度（℃）

温度修正系数λ=ηt/η20

温度（℃）

温度修正系数λ=ηt/η20

温度（℃）

温度修正系数λ=ηt/η20

7.6.2计算试样不同水头时的平均渗透系数及全部试样的平均渗透系数。

记录

7.7.1垂直渗透系数试验记录格式见表A4。

8水平渗透试验

目的和适用范围

8.1.1本试验用于测定一定法向压力作用下的土工织物在常水头水流下的水平渗透系数和导水率。

8.1.2本试验适用于沿水平方向具有输水能力的各类土工织物和土工复合品。

引用标准

   ASTMD4716—87《土工织物及其相关产品在常水头下的导水率（沿织物平面流动）试验》；

   ISO／FDISl2958—98E《土工织物及其相关产品沿织物平面输水能力的测定》。

图8.3.1水平渗透仪示意图

1—试样；2—加荷板；3—水位差；4—压力表

试验设备及用具

8.3.1试样容器：

应密封不漏水，有两种形式，见图。

8.3.2上下游水位容器：

水位容器应能调节水位，并在试验过程中水位差保持不变，水位容器高度应满足水力梯度大于。

8.3.3加荷装置：

施加于试样的法向压力范围宜为10～250kPa，并在试验过程中保持恒压，对于直接加荷型，在试样上下面应放置塑料橡胶垫层，使荷载均匀施加于整个宽度和长度上，且橡胶垫层应无水流通道。

8.3.4其他用具：

秒表、量筒、水桶、温度计等。

试验准备

8.4.1试验用水应为脱气水或蒸馏水。

8.4.2试样准备：

   1按本规程规定裁剪试样。

   2试样数量和尺寸：

　   1）分别裁剪顺机向和横机向试样各3块，当试样较薄时，应取2层或3层试样重叠为一组进行试验，这时应相应各裁剪6块或9块试样；

　   2）试样宽度应大于100mm，长度应大于2倍宽度。

操作步骤

8.5.1将试样包封在乳胶膜或橡皮套内，试样应平整无折绉，周边应无渗漏，对于直接加荷型，应仔细安装试样上下垫层，使试样承受均匀法向压力。

8.5.2施加2～5kPa的压力，使试样就位，随即向水位容器内注入脱气水，排走试样内的气泡。

试验过程中试样应饱和。

8.5.3按现场条件选用水力梯度，当情况不明时，选用水力梯度不大于。

8.5.4按现场条件或设计要求选择法向压力，至少进行三种压力的试验，一种压力稍大于设计值，一种稍低于设计值。

8.5.5对试样施加最小一级法向压力，持续15min。

8.5.6抬高容器的水位，使其达到要求的水力梯度。

8.5.7当水流稳定后，测读通过500cm3渗透水量的时间，或记录15min内通过的水量。

每个水力梯度下平行测定3次。

8.5.8换一种水力梯度，重复本条步骤。

8.5.9增大法向压力，重复本条步骤对其余法向压力下的试验进行完毕。

计算

8.6.1按下式计算土工织物20℃时的水平渗透系数kh2o：

（8.6.1）

式中kh20

——土工织物20℃时水平渗透系数，cm/s；

   W

——渗透水量，cm3；

L、B、δ

——试样长度、宽度和厚度，cm；

 △h

——上下面水位差，cm；

   t

 ——通过水量W的历时，s；

 ηt

——试验水温T（℃）时水的动力粘滞系数，kPa·s；

η20

——20℃时水的动力粘滞系数，kPa·s。

   水的动力粘滞系数比ηt/η20见本规程表7.6.1。

8.6.2按下式计算土工织物20℃时的导水率θ20：

θ20=kh20δ

（8.6.2）

式中θ20——织物20℃时的导水率，cm2/s；

其他符号见式8.6.1。

8.6.3计算各个法向压力下的平均水平渗透系数和平均导水率。

记录

8.7.1水平渗透系数试验记录格式见表A5

9条样法拉伸试验

目的和适用范围

9.1.1本试验用于测定条带试样的拉伸强度和延抻率。

9.1.2本试验适用于各类土工织物、土工膜和土工复合品。

引用标准

   ASTMD4595—86《用宽条法测定土工织物的拉伸特性》；

   IS010319—93《土工织物——宽条拉伸试验》。

试验设备及用具

9.3.1拉力机：

应具有等速拉伸功能，并能测读拉伸过程中试样的拉力和伸长量，记录拉力一伸长量曲线。

9.3.2夹具：

一对可夹持试样的夹具、钳口面应能防止试样在钳口内打滑，并能防止试样在钳口内被夹坏。

两个夹具中的一个支点应能自由转动或为万向接头保证两夹具在一个平面内。

   1宽条试样有效宽度200mm，夹具实际宽度应不小于210mm。

   2窄条试样有效宽度50mm，夹具实际宽度应不小于60mm。

9.3.3量测设备：

   1荷载指示值或记录值的误差应不大于相应实际荷载的2%。

   2伸长量的测量设备读数应精确至1mm。

   3可绘制试样的拉力一伸长量曲线。

试样准备

9.4.1按本规程规定裁剪试样。

9.4.2纵向和横向试样分别应不少于6块。

9.4.3试样尺寸：

   1宽条试样：

裁剪试样宽度200mm，长度至少200mm，实际长度视夹具而定，必须有足够的长度使试样伸出夹具，试样计量长度为100mm。

对于编织型土工织物，裁剪试样宽度210mm，在两边抽去大约相同数量的边纱，使试样宽度达到200mm。

   2窄条试样：

裁剪试样宽度50mm，长度至少200mm必须有足够长度的试样伸出夹具，试样计量长度为100mm。

对编织型土工织物，裁剪试样宽度60mm，在两边抽去大约相同数量的边纱，使试样宽度达到50mm。

   3除测干态抗拉强度外，还需测湿态强度时，应裁剪两倍的长度，然后一剪为二，一块测干强度；另一块测湿强度。

操作步骤

9.5.1准备好干湿试样。

对湿态试样从水中取出至上机拉伸的时间间隔应不大于10min。

9.5.2将两夹具的初始间距调至100mm。

9.5.3选择拉力机的负荷满量程范围，使试样的最大断裂力在满量程的10％～90％范围内，设定拉伸速率为20mm/min。

9.5.4将试样对中放人夹具内。

为方便对中，事先在试样上画垂直于拉伸方向的两条相距100mm的平行线，使两条线尽可能贴近上下夹具的边缘。

9.5.5开动拉力机，同时启动记录装置，记录拉力一伸长量曲线，连续运转直至试样破坏，停机。

   1若试样在钳口内打滑，或在钳口边缘或钳口内被夹坏，该试验结果应予剔除，并增补试样。

   2当试样在钳口内打滑或大多数试样被钳口夹坏，宜采取下列改进措施：

①钳口内加衬垫；②钳口内的试样用涂料加强；③改进钳口面。

9.5.6重复本节步骤对其余试样进行试验。

计算

9.6.1按下式计算抗拉伸强度Ts：

（9.6.1