一、概述
什么是土工合成材料，概括而言，土工合成材料是應用于巖土工程的、以合成材料為原材料制成的各種產品的統(tǒng)稱。因為它們主要用于巖土
工程，故冠以“土工”兩字，稱為“土工合成材料”，以區(qū)別于天然材料。土工合成材料在早期曾被稱為“土工織物”和“土工膜”。隨著工程需要，這類材料不斷有新的品種出現(xiàn)，例如土工格柵、土工網和土工模袋等，原來的名稱已不能準確地涵蓋全部產品，這樣，在其后的一段時期內，把它們稱之為“土工織物、土工膜和相關產品”。顯然，這樣的名稱不宜作為一種技術名詞或學術名詞。為此，1994年在新加坡召開的第五屆國際土工合成材料學術會議上，正式確定這類材料的名稱為“土工合成材料”。
土工合成材料的原材料是高分子聚合物（polymer）。它們是由煤、石油、天然氣或石灰石中提煉出來的化學物質制成，再進一步加工成纖維或合成材料片材，最后制成各種產品。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯（PE）、聚酯（PER）、聚酰胺（PA）、聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）等。聚乙烯是在1931年前后，首先由英國ICI公司研制成功的，1939年成為商品在市場上出售，它是聚合物中分子結構最簡單的一種，可分為低分子量和高分子量兩類。聚乙烯的比重為0.92，耐酸堿，抗化學劑能力強，吸濕性低，低濕時仍具柔性，電絕緣性極好。在1950年前后，又開發(fā)出了高密度聚乙烯（HDPE）材料，其比重、機械強度、熔點和硬度等都比低密度的為優(yōu)。聚酰胺約在1935年研制成功，俗名為尼龍，其吸濕性較高，干燥時有一定絕緣性、機械性能好。此外，常用的原材料還有聚氯乙烯，它的比重為1.4，具有
極好的化學穩(wěn)定性，不燃燒，可用于制造透明薄膜、管道、板材等。
二、土木合成材料的功能
（1）隔離作用
將土工合成材料放在兩種不同的材料之間或同一材料不同粒經之間以及土體表面與上部建筑結構之間，使其隔離開來。當受外部荷載作用
時，雖然材料受力相互擠壓，但由于土工合成材料在中間隔開，不使其互相混雜或流失，保持材料的整體結構和功能。土工合成材料隔離作用己廣泛應用于鐵路、公路路基、土石壩工程、軟土基礎處理以及河道整治工程。
（2）防護作用
土工合成材料可以起到分散應力的作用。也可由一種物體傳遞到另一物體，使應力分解，防止土體受外力作用破壞，從而起到對材料的防護
作用。土工合成材料的防護作用分兩種情況：一是表面防護，即將土工合成材料放置于土體表面，保護土體不受外力影響、破壞：二是內部接觸面保護，即將土工合成材料置于兩種材料之間，當一種材料受集中應力作用時，而不使另一種材料破壞。
（3）濾層作用
濾層作用是土工織物的主要功能，被廣泛地應用于水利、鐵路、公路、建筑等各項工程中，特別是水利工程中用作堤、壩基礎或邊坡反濾層已極為普遍。在沙石料緊缺地區(qū)，用土工合成材料做反濾層，更顯示出它的優(yōu)越性。因此通過把土工織物置于土體表面或相鄰土層之間，土中水分可以通過織物排同時織物可阻止土顆粒流失，以免造成土體失穩(wěn)（管涌），可代替砂、礫石等反濾層。
（4）排水作用
土工合成材料是良好的透水材料，無論是材料法向或水平向均具有較好的排水能力，能夠將土體內的水集聚到織物內部，形成排水通道，排
出土體。土工合成材料現(xiàn)己廣泛應用于土壩、路基、擋土墻建筑以及軟土基排水固結等方面。它與工程中的其他排水結構充分配合，形成完善的排水體系，排除地下水、地表水和結構中的多余水份。
（5）加筋作用
土工合成材料有較高的抗拉強度，將土工合成材料埋在土體中或路面結構適當位置，可以分布土體或路面結構應力、傳遞拉應力、限制其側
向位移，增強它與土體或路結構層材料之間的摩阻力，使土或路面結構層――土工成材料復合體的強度提高，從而約束土體或路面結構層的形，并抑制或減少土體的不均勻沉降，提高土體或路面結構層的穩(wěn)定性具有加筋功能。
（6）防滲作用
土工膜和復合型土工合成材料，可以作為各種工程的防滲材料。土工合成材料用于某一項工程會發(fā)揮主次作用，如公路的碎石基層與地基
之間鋪放織物，一般說，“隔離”是主要的，“濾層”和“加筋”是次要的，“排水”是不甚重要的設計者合考慮，如選用光滑的土工膜來隔離，則可能引起路基中孔隙水壓力升高，造成路基失穩(wěn)。弱地基上修路，加筋可能起控制作用。
土工合成材料的耐久性和防護保養(yǎng)
土工合成材料的原材料是高分子聚合物。這種物質是鏈節(jié)結構，它對氧化（老化）十分敏感，容易發(fā)生降解反應和交換反應，導致材料破壞。為此，土工合成材料的使用壽命自然引起工程人員的高度關注。氧化包括熱和溫度引起的熱氧化，以及陽光中紫外線產生的光氧化。其中光氧化的破壞作用很強，因為紫外線具有很大能量，能切斷聚合物的分子鏈，或引發(fā)光氧化反應。各種原材料抗紫外線的能力以聚丙烯和聚酰胺最差，聚酯最佳，聚乙烯、聚氯乙烯介乎其間，顏色淺的比深的差。由于老化是從表層逐漸向內部發(fā)展，故產品厚的較薄的耐老化。
老化是高分子材料的固有特性之一，不能完全消除，但如果采取有效措施，可以大大延緩。延緩老化的措施可以從兩方面著手：一方面是在原材料中加人防老化劑，抑制光、氧、熱等外界因素對材料的作用，如摻適量的抗氧劑、光穩(wěn)定劑和深色碳黑等。有的單位在聚丙烯中加入防老化劑，經4年日光直接爆曬，強度僅損失25%，如果不加防老化劑，直接在日光下照射2～3月，強度即損失殆盡。另一方面是在工程中采取防護措施，如盡量縮短材料在日光中的暴露時間，用巖土（要求在30cm厚以上）或深水覆蓋等。老化破壞程度常以材料的某物理力學量的變化率來反映，例如材料抗拉強度的損失或延伸率的變化等。