土工合成材料的工程特性
（一）物理特性
1.厚度
土工合成材料厚度用mm表示。厚度变化对织物的孔隙率、透水性和过滤性等水力学特性有很大的影响。常用的各种土工合成材料的厚度：土工织物一般为0.1～5 mm，最厚的可达十几毫米；土工膜一般为0.25～0.75 mm，最厚的可达2～4 mm；复合型材料有时采用较薄的土工膜，最薄可达0.1 mm；土工格栅的厚度随部位的不同而异，其肋厚一般从0.5 mm至几十毫米。
有些材料在受压时，厚度变化很大，需规定在某固定压力下测定厚度。一般规定此压力为2 kPa。根据工程需要还应测试在20 kPa、200 kPa压力下的系列厚度。土工织物厚度可采用专门的厚度测试仪，土工膜厚度可直接用千分尺测定。一般要求加压面积为25 cm2，试样面积应大于加压面积的2倍，加压时间30 s，试样不少于10块。
2.单位面积质量
单位面积质量为单位面积土工合成材料具有的质量，它反映材料多方面的性能，如抗拉强度、顶破强度等力学性能以及孔隙率、渗透性等水力学性能，通常以g/m2表示，它是土工合成材料的主要物理性能之一。
土工织物和土工膜单位面积质量受原材料比重的影响，同时受厚度、外加剂和含水量的影响。常用的土工织物单位面积质量一般在50～1200 g/m2的范围内。
测定单位面积质量采用称量法。试样面积为100 cm2，数量不得少于10块，天平称量读数应精确到0.01 g（现场测试为0.1 g），测试前要求试样在标准大气压下恒温（20±2）℃、恒湿（65%±2%）24小时。
（二）力学特性
反映土工合成材料力学特性的指标主要有拉伸特性及抗拉强度、握持强度、撕裂强度、顶破强度、刺破强度、穿透强度等。
1.拉伸特性及抗拉强度
土工合成材料是柔性材料，大多通过其抗拉强度来承受荷载以发挥工程作用，因此抗拉强度及其应变是土工合成材料主要的特性指标。
土工合成材料的抗拉强度与测定时的试样宽度、形状、约束条件有关，必须在标准规定的条件下测定。土工织物在受力过程中厚度是变化的，不易精确测定，故其受力大小一般以单位宽度所承受的力来表示，单位为kN/m或N/m，而不是以习惯上所用的单位面积的应力来表示。
目前测定抗拉强度基本上是沿用纺织品条带拉伸试验方法，即把试样两端用夹具夹住，以一定的速率施加荷载进行拉伸直到破坏。测得试样自身断裂强度及变形，并绘出应力-应变曲线。
目前关于土工合成材料的拉伸力学特性一般采用室内无侧限拉伸试验进行测试。但现场土工筋材埋设在填料中的力学特性因填料的约束作用不同将大为不同。人们曾对不同带宽的试件进行拉伸试验，以评价筋材受侧向约束的影响。但更科学的方法是将筋材埋在填料中进行测试。此时的现场力学特性所受影响因素较多。有约束的拉伸试验表明，约束力将增加土工织物的抗拉强度和模量。对于土工格网和土工格栅，约束力的影响更为显著，因为除了界面的摩擦阻力外，筋材横肋所受拉伸方向的土压力还约束其变形而增大了模量。
另外，人们还研制了其他类型设备，如“零尺寸”约束拉伸仪。筋材试件受到压力控制的金属夹具的夹持。对夹具的夹持面进行粗糙处理以模拟粒料的界面作用。这种设备的缺点是难以模拟不同填料的界面状态，未计及诸如筋材上下填料密实化、颗粒的嵌锁作用等因素对试验的影响。也有的采用三轴试验考察筋材加筋土样的应力应变特性及与时间相关的特性，筋材在三轴试件中的铺设方式有平铺的和轴向铺设的两种，但难以控制筋材的变形，在试验中的这些变形比现场受边界条件的影响更为复杂。值得注意的是一种平面应变拉伸仪，这种平面应变状态与现场土工筋材的埋设状态非常接近，但不便与筋材无侧限拉伸试验结果进行比较，且操作复杂，不便于日常测试工作。
2.握持强度
土工织物承受集中力的现象普遍存在，握持强度反映其分散集中力的能力。握持强度试验选用的仪器一般与条带拉伸试验相同，但试验方法不同。握持强度试验是握持试样两端部分宽度而进行的一种拉力试验。它的强度由两部分组成，一部分为试样被握持宽度的抗拉强度，一部分为相邻纤维提供的附加抗拉强度。它与条带拉伸强度之间没有简单的对比关系。
由于各单位所采用的试样和夹具的尺寸不尽相同，试验的难度也较大，因此测得的结果相差很多，一般不宜作为设计依据，只可用作不同土工织物的抗拉强度的比较。土工织物握持力一般为0.3～6.0 kN。
3.撕裂强度
土工织物和土工膜在铺设和使用过程中，常常会有不同程度的破损。撕裂强度反映了试样抵抗扩大破损裂口的能力，可评价不同土工织物和土工膜被扩大破损程度的难易，是土工合成材料应用中的重要力学指标。
目前撕裂强度试验沿用纺织品标准测试方法。常用的纺织品撕裂试验，按试样形状分为梯形法、翼形法以及舌形法，舌形法又分为单缝与双缝两种。目前多采用梯形法测定土工膜及土工织物的撕裂强度。这种试验从其加力方式看，近似于张拉试验。
土工织物梯形撕裂强度值一般为0.15～30 kN，不加筋土工膜的梯形撕裂强度值一般为0.03～0.4 kN。
4.顶破强度、刺破强度及穿透强度
工程应用中，土工织物及土工膜常被置于两种不同粒径的材料之间，受到粒料的顶破作用。施工中也将受到抛填粒料引起的法向荷载。根据粒径大小形状，土工织物及土工膜按接触面的受力特征和破坏形式可分为顶破、刺破和穿透几种受力状态。
顶破强度反映土工织物及土工膜抵抗垂直织物平面的法向压力的能力，顶破试验与刺破强度试验相比，压力面积相对较大，材料呈双向受力状态。
刺破强度反映土工织物或土工膜抵抗小面积集中荷载（如有棱角的石子或树枝等）的能力。试验方法与圆球顶破试验相似，只是以金属杆代替圆球。(https://www.daowen.com)
穿透强度通过穿透试验测得。这种试验是模拟工程施工中具有尖角的石块或其他锐利物落在土工织物或土工膜上的情况，用穿透试验所得孔眼的大小，评价土工织物或土工膜抵御穿透的能力。
（三）蠕变特性
材料的蠕变是指材料在受力大小不变的条件下，其变形随时间增长而逐渐增大的现象。蠕变特性是土工合成材料的重要特性之一，是材料能否长期使用的关键。
蠕变特性试验目前尚无统一的标准方法，一般采用宽条试样（宽200 mm），以悬吊的金属锤为荷重。施加的荷重分为数级，如25%、50%及75%的断裂强度。试验过程中记录不同时间的应变量，绘制不同量级荷重条件下的应变量与时间对数值的半对数曲线。曲线与纵坐标的交点相当于初始应变量ε0，经过t时后增加的应变量称为蠕变量，用ε1表示。根据大量试验结果，在一定的应力水平下以半对数表示的蠕变试验曲线近于直线变化。
土工合成材料的蠕变特性是影响其长期性能的重要因素，Victor Elias等利用自研的拉拔仪进行土工筋材埋设在土体中的拉伸蠕变试验，根据试验结果对几种土工织物和土工格栅的蠕变性能进行比较。试验中为了便于与无约束筋材试件拉伸蠕变结果进行对比，采用了与ASTMD5262规范一致的（10±3）% / min的应变率。Khalid Farrag等在室温和高温下对两种土工格栅进行蠕变试验，研究它们的时间-荷载-温度关系，并运用黏弹性理论分析这些关系，借助时温等效原理，欲从土工格栅短期的高温下蠕变获得长期的常温下的蠕变性能。
（四）土工合成材料与土相互作用时的界面摩擦特性
把土工合成材料作为加筋材料埋在土内，或作为滤层铺在土坡上，都将与周围土体形成复合体系。两种材料在外载和自重作用下产生变形时，将沿它们的界面发生相互作用。在实际工程中，土工加筋材料在填料中可能出现两种受力状态：直剪或拉拔。
测定土工合成材料与土相互作用的界面摩擦特性的试验，一般采用类似于常规土工试验中的直接剪切仪。而拉拔试验常模拟现场条件，研制出各种不同形式的拉拔试验箱或试验槽。这两种试验虽然均反映界面摩擦作用，但机理却不尽相同，试验结果存在一定的差异。
1.直接剪切摩擦试验
织物与土之间的黏着力一般很小，常常可以忽略不计。而土工格栅与土之间的咬合力较大。土与土工合成材料之间的摩擦角与土的颗粒大小、形状、紧密程度和织物的种类、孔径以及厚度等因素有关，也受试验时正压力大小的影响。根据国内外有关试验结果，细粒土（如细沙、沙壤土等，其颗粒粒径小于织物孔隙），以及疏松的中等颗粒的土（如松沙等），它们与织物之间的摩擦角接近于土体本身的摩擦角。对于粗颗粒土（如粗沙、砾石，其颗粒一般大于织物的孔隙），以及密实的中细沙等，与织物间的摩擦角小于土的内摩擦角，且土与针刺无纺织物之间的内摩擦角较大，土与土工膜及有纺织物或热粘无纺织物之间的摩擦角较小。
2.拉拔摩擦试验
土工合成材料埋在土内，受到沿其平面方向的拉力时，将在拉力方向上引起应力和变形。由于有法向应力作用，受拉时上、下界面上将引起摩擦阻力。该阻力沿拉力方向不是均匀分布的，而是随各点的应变不同而不同。材料被拔出的瞬时，可认为上、下界面的摩阻力均匀分布，并与拉力平衡，该值即为界面的摩擦强度。
直剪摩擦试验与拉拔摩擦试验的机理不同，结果常存在一定差异，哪种结果更为合理，难以简单评价。两种试验的强度发挥和主要影响因素不同。如果能预估实际工程填土和织物可能出现的相对位移情况，即单面的相对位移，则直剪摩擦试验较能反映实际；双面均与土发生相对位移，则拉拔试验可能更为合适。对刚度较小的土工合成材料，直剪试验较符合实际情况；对刚度较大的材料则拉拔试验更宜。
3.影响试验结果的因素
综合国内外有关文献，关于上述两种界面特性的测试设备和试验方法均未统一。在各种测试土工筋材与填料界面特性的试验设备中所考虑的因素有所不同。概括地讲，影响试验结果的有下述几方面因素。
（1）加载方式
存在两种加载方式：控制变形率或控制荷载。控制变形率时应保证剪切速率相等，而控制荷载时应保持各级垂直荷载不变。控制荷载试验可以测试土工加筋结构中筋材侧向约束蠕变特性。但目前控制荷载的试验工作开展得较少，一般采用控制变形率加载方式。在拉拔试验中，变形率一般在0.1～20 mm/min之间。针对土工织物进行的直剪试验表明，其对变形率并不敏感。但对于土工格栅，情况则相反。
（2）试件盒刚性盒壁的边界效应和尺寸效应
刚性盒壁的摩擦力会降低作用在界面上的正压力，可以通过润滑盒壁、将试件装在柔性薄膜内或控制筋材试样和试件盒的宽度比，以使筋材远离试件盒侧壁来减少这一影响。拉拔试验研究发现，加筋试件与施力端一侧的试件盒壁之间的土压力会增大界面摩擦阻力，从而影响试验结果。
由于土工筋材的形状、几何特征尺寸及填料颗粒粒径变化多样，填料与筋材表面（特别是土工格网、土工格栅等带网眼筋材）的结合情况不同，为了避免试验结果离散性过大，应使试件盒尺寸足够大。人们研制的直剪仪长宽尺寸从 10 cm×10 cm到100 cm×100 cm均有，常用的宽度尺寸为25～30 cm。也有的采用下部直剪盒比上部直剪盒大的直剪仪，这样可以保证在直剪过程中界面剪切面面积不发生变化。
同时应在筋材上下不同填料厚度情形下进行测试，以评估上下加载板和填料厚度的影响。研究表明，随着填料厚度的增加，界面摩擦阻力将减少到最小。
（3）填料的压实
界面的摩擦特性与填料的压实度有关。密实的填料与筋材之间的摩擦力较大，疏松的填料与筋材之间的摩擦力随着动摩擦过程逐渐增强。对于同一种土样所制作的不同压实度试件，它们的残余强度将趋于一致，这是筋材上下填料逐渐密实的缘故。所采取的压实方式应保证筋材上下压实度均匀一致。
（4）筋材的夹持
拉拔试验中，在试件盒外拉拔端的夹持，会使筋材拔出部分丧失侧向约束，导致测试过程中界面面积产生变化。筋材的夹持应保证在拉拔过程中试件界面面积保持不变。为达到这一要求，有的实验让筋材自由端伸出在试件盒以外。
（5）筋材的受力变形检测
在拉拔试验中，检测结果会受到筋材拉伸变形的影响。为了准确地评价界面特性和筋材受力变形分布，一些研究者在试件或加筋体内部埋设能检测不同部位筋材相对变形或内力的测试元件，特别是内力分布，可据此提出筋材内力分布模型以分析加筋结构物的受力。