关键词：等（有）效孔径 土工（无纺）织物 土工合成材料 干筛法
随着我国经济的飞速发展，水利工程建设规模不断扩大，土工合成材料的应用也越来越广泛，所以对其质量标准和技术要求也不断提高。其中，等效孔径的是土工织物的一个重要的基本物理性质指标，是反映其水力特性和保土反滤特性的重要参数，是影响其使用性能的重要因素。
一、土工织物的发展和作用
世界上首次制成的合成纤维，是在1913年出现的聚氯乙烯商用合成纤维，但应用有限。土工织物的革命性发展始源于七十年代早期的筑路工程。当时许多道路修建在承载力低、含水量高的土基上。当时意识到，只要在无法行走的土基项部铺一层土工织物，再在其上铺盖压实填土，即可修成可以通车的良好道路。于是全世界兴起了积极研究。土工合成材料可分为土工织物、土工膜、复合型土工合成材料和特种土工合成材料等类型。具有排水、反滤、防渗、加筋、防护、隔离等六大功能，为岩土工程提供了一种崭新的较为理想的材料，并由此而带来一种实施简便和经济有效的技术途径。
二、SL235-2012水利标准的测定方法和存在问题
《土工合成材料测试规程》(SL 235-2012)中的对等效孔径的定义：即表观最大孔径。以土工合成材料为筛布对标准颗粒料进行筛析，当过筛率（通过土工合成材料的颗粒质量与颗粒总质量之比）为5％时，则该颗粒粒径尺寸定为土工合成材料的等效孔径O95。
1.测试方法（干筛法）
干筛法是使用织物式样作为筛布，将预先率定出粒径的石英砂或玻璃珠放在筛布上振筛，称量通过筛布的砂的质量，计算出截留在织物内部和上部砂的质量占砂粒的质量占砂粒总投放量的百分比(筛余率)。取不同粒径的石英砂或玻璃珠进行试验，测得相应的筛余率，绘制出筛余率与粒径(对数坐标)的关系曲线，如图1所示。再根据曲线判断孔径的分部情况，曲线上纵坐标95％的点对应的横坐标即为O95。
2.存在问题
《土工合成材料测试规程》SL235-2012，作为水利部行业标准于2012年颁布实施。该标准在实验室质量管理过程中起重要作用。目前各实验室根据该标准的检测方法对土工合成材料进行质量检测。它统一和规范了检测方法，并能够保证检测数据的准确与一致性，具有显著的社会与工程效益。但等效孔径试验(干筛法)的使用中发现一些问题，其一为标准中“7.5.3每一级的颗粒直径应以颗粒的上下限值和过筛率进行线性内差得到”，每一级颗粒的上下限值很好确定，但这里说的需要线性内插的“过筛率”找不到对应的数据，得不出画图所需要的颗粒粒径的数据，也就是缺少横坐标的数据；其二在实际检测过程中，总是不能得到颗粒材料有效的过筛质量，试验的重复性结果偏差大。例如同一组试样，同一时间用同一组颗粒材料进行检测，通过试样的颗粒材料质量分别为2.36g、2.10g、2.92g、1.90g、2.20g，虽然计算结果是计算个通过质量的平均值，但数据之间的标准差和变异系数太大，不能保证数据的可靠性。
三、研究目标、内容和方法
1.目标
本文的研究目标是结合我国国情以多年土工试验比较成熟的经验，参考国际先进标准，进行试验验证，补充土工织物等效孔径试验方法。修订后的等效孔径测试方法将使土工合成材料的试验方法更加完善和合理，各实验室可根据该检测方法进行质量检测、统一和规范检测方法，保证检测数据的准确与一致性。修订后的测试方法逐步趋于标准化、统一化，向国际标准靠拢。使土工合成材料能够在实际工程应用中取得更好的社会、经济和生态环境效益。
2.内容和方法
(1)分析
分析现有各标准中测试等效孔径方法的优势、存在的问题进行总结，选定最佳测试方法。
(2)设计实验
选择合理测试方法后，针对原有测试方法中的问题设计相应比对试验，分析试验结果，以寻求合理改进方法。
(3)试验结果分析
对实验结果进行比对，分析等效孔径测试方法改进的可行性与实际效果，为测试方法的修订提供依据。
(4)给出土工织物等效孔径测试方法的改进建议
为保证测试数据的准确与一致性，对于原标准中干筛法不合理的试验步骤加以改进，对于因仪器设备升级导致检测步骤不适用的重新修订。同时对实际检测中出现的新的性能指标的检测方法及步骤，加以明确及补充制定。
四、目前国内外标准及行业标准中等效孔径的测试方法
根据研究比对，目前国内外普遍采用筛分法进行检测，筛分法又分为干筛法和湿筛法，湿筛法在振筛过程中有水流的存在，起到了润滑作用并提供一定的冲击力，使粒径与织物孔道口径相似的颗粒在水流的作用下可以通过孔道，减少了颗粒在土工织物孔道中阻塞的可能性，使O95测值偏大。干筛法具有直观、操作方便、数据分析简单等优点，故常采用干筛法。
五、干筛法中存在问题的试验设计及结果分析
根据缺少过筛率无法得到内插数据的问题，我们根据GB和JTG的标准中要求，按照颗粒材料粒径上下限值的平均值计，以下主要考虑试样固定方式对试验的影响，所取样品为300g/m2的短纤针刺非织造土工布。
1.试样在筛上平铺无拉扯力固定
将经过标准环境调湿后的3块试样平铺在试验筛上，保证试样没有凹陷，且没有承受拉扯力，慢慢套上上层试验筛，将50g粒径为0.063mm~0.075mm的颗粒材料分别放在3块样品上，用有效孔径测定仪进行筛析，持续10min，将通过的颗粒材料收集称量，结果如下表2
2.试样在筛上平铺人工用力固定
将经过标准环境调湿后的3块试样人工用力平铺在试验筛上，保证试样平整，且有一定的拉扯力，慢慢套上上层试验筛，将50g粒径为0.063mm~0.075mm的颗粒材料分别放在3块样品上，用有效孔径测定仪进行筛析，持续10min，将通过的颗粒材料收集称量，结果如下表3
3.试样在筛上平铺机械固定
将经过标准环境调湿后的3块试样放入综合试验机夹紧两端拉至表面平整，力值显示约为60N，将试验筛上下层挤住试样固定，将50g粒径为0.063mm~0.075mm的颗粒材料分别放在3块样品上，用有效孔径测定仪进行筛析，持续10min，将通过的颗粒材料收集称量，结果如下表4
4.结果分析
经过三个试验检测的结果分析，样品固定方式不同，对颗粒材料的过筛率有着显著的影响，所以检测过程中对固定方式或者固定程度应该有较详细的描述，否则造成检测的等效孔径结果有很大偏差。
六、结论与建议
1.对比确定等效孔径的各种方法，干筛法具有直观、操作方便、数据分析简单等优点，且国内外应用较多，是一种比较成熟的测试土工织物孔径的方法。在实际工程中，作滤层使用的土工织物等效孔径是按大孔径决定的，干筛法对0.08mm以上孔径的测定值比较准确，所以干筛法仍然是目前工程中测定等效孔径的最佳方法。
2.土工织物固定方式对颗粒材料的通过率有很大的影响，固定的拉扯力大颗粒材料的通过率就增大，故需要选择合适的固定方式，或者固定程度进行详细的描述。平铺无拉扯力的状态，样品因为没有平铺，可能造成颗粒材料过筛不畅，结果偏小；平铺机械固定时，拉力控制不准确，可能将样品孔径拉大，增大样品的过筛率；人工用力固定，因为受到的人工拉力不足以对样品造成破坏，且能保证颗粒材料的过筛率，故建议将标准中“7.4.1将试样放在筛网上，并固定好”完善为“7.4.1将试样放在筛网上，人工用力拉平，同时用试验筛嵌挤固定”。
参考文献
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2.中华人民共和国水利部，SL235-2012，土工合成材料测试规程，北京：水利电力出版社，2012-08-16
3.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会，GB/T 14799-2005，土工布及其有关产品有效孔径的测定干筛法，北京：中国标准出版社，2006-05-01
4.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会，GB/T 17634-1998，土工布及其有关产品有效孔径的测定湿筛法，北京：中国标准出版社，1998-12-24
5.中华人民共和国交通部，JT/T667-2006，土工合成材料无纺土工织物，北京：中国标准出版社，2006-12-19
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9.王微，公路土工合成材料防排水性能研究：[硕士学位论文]，黑龙江，东北林业大学，2004
论文作者:孙红红 孟娜
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第12期
论文发表时间:2019/11/15
标签：孔径论文; 材料论文; 颗粒论文; 土工论文; 织物论文; 试样论文; 粒径论文; 《科学与技术》2019年第12期论文;