土工合成材料，是在土木工程中應(yīng)用的合成材料的總稱。它以人工合成的聚合物,如塑料、化纖、合成橡膠等為原料，制成各種類型的產(chǎn)品，置于土體內(nèi)部、表面或各層土體之間，發(fā)揮加強或保護土體的作用。此材料廣泛應(yīng)用于水利、電力、公路、鐵路、建筑、海港、機場、采礦、軍工等工程的各個領(lǐng)域。
土工合成材料的最早應(yīng)用可追溯到上世紀(jì)30~40年代，但是土工材料的最早應(yīng)用，距今已有數(shù)千年的歷史。
據(jù)科學(xué)考證，遠在新石器時代，我們的祖先就利用茅草作為土的加筋材料。在河南發(fā)現(xiàn)的仰韶遺址，有很多簡陋住室的墻壁和屋頂就是利用草泥修筑的，距今約有五六千年歷史；在甘肅省玉門一帶,仍有用砂、礫石和紅柳或蘆葦壓疊而成的漢長城遺址。在國外, 遠在公元前3000年以前, 英國人曾在沼澤地帶用木排修筑道路；公元前2000至1000年,古巴比倫人曾把織物纖維摻在土中建造廟宇。到20世紀(jì)20~30年代,美國還試用棉織品加強路面；在第二次世界大戰(zhàn)中,英國曾在路基上鋪放梢輥和帆布,以便裝甲車通過。
在獨立于人類文明的自然界，許多鳥類和昆蟲都本能地利用非土材料(草與樹枝等)加固泥土巢穴；樹木依靠龐大的根系吸收養(yǎng)料水分，同時也加固了賴以立足的地基。這些都是“以非土材料加固土體”原理的自然體現(xiàn)。
近現(xiàn)代土工合成材料的發(fā)展, 是與合成材料——塑料、化纖、合成橡膠的發(fā)展分不開的。1870年，美國人W.John和I.S.Hyatt發(fā)明了“賽璐珞”,就是用硝化纖維加入樟腦增塑劑制成的一種塑料；1908年Leo Baekeland研制了酚醛塑料。20世紀(jì)30年代,聚氯乙烯、低密度聚乙烯，聚酰胺相繼出現(xiàn)在市場。到50年代,聚酯、高密度聚乙烯和聚丙烯相繼問世。隨著各種塑料的研制成功,不同類型的合成纖維也投入生產(chǎn)。自1913年在歐洲問世以來，至今合成纖維已有百余年歷史。
合成材料開始應(yīng)用于土工建筑上的確切年代，已很難考證，據(jù)推測，約在20世紀(jì)30年代末或40年代初。大量塑料防滲薄膜開始應(yīng)用于灌溉工程，美國墾務(wù)局1953年在渠道上首先應(yīng)用聚乙烯薄膜，1957年開始應(yīng)用聚氯乙烯薄膜。塑料防滲薄膜的應(yīng)用以后又發(fā)展到水閘、土石壩和其它一些建筑物，1959年意大利的Contra-da Sobeta 堆石壩使用聚異丁烯合成橡膠薄膜；1960年捷克的Dobsina堆石壩使用聚氯乙烯薄膜；1984 年西班牙的Poza de Los Ramos砌石壩,初期高度為97m，后增至134m，在上游壩面鋪放聚氯乙烯薄膜防滲。這些工程都是在土石壩中使用合成材料防滲薄膜的先例。
合成纖維織物在土工中的應(yīng)用開始于上世紀(jì)50年代末。一般認為，機織物于20世紀(jì)50年代首先在美國應(yīng)用，非織造布的應(yīng)用在70年代始于歐洲。
1958年，美國人R.J.Barrett 在佛羅里達州首次將透水性聚氯乙烯纖維織物鋪設(shè)在護岸混凝土塊下，作為防沖刷保護層，一般認為是應(yīng)用現(xiàn)代土工織物的開端，Barrett也因此被稱為“土工織物之父”。實際上，在1958年以前,以合成纖維織物作成的砂袋已經(jīng)在荷蘭應(yīng)用了。1957年，荷蘭用尼龍纖維織物制成充砂管袋，應(yīng)用于護岸防沖和堵口工程。之后，合成纖維土工織物開始在美國、歐洲和日本逐漸推廣。
1959年，在日本伊勢灣海岸，海堤和圍堤因臺風(fēng)遭到災(zāi)難性破壞。在海岸修復(fù)工程中，利用織物砂袋和合成材料片成功地修建了堤防；在修復(fù)圍堤沉排工程時，采用維綸編織布成功代替沉排。5年后檢查，未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，強度幾乎沒有下降。
1962年前，所用的土工織物主要是機織物，大部分用于護岸防沖等工程。由于機織型土工織物的強度具有很大的方向性,而且價格較高,限制了它的發(fā)展。非織造織物的應(yīng)用, 給土工織物帶來了新的生命。非織造布的纖維多方向或任意性排列,故強度沒有顯著的方向性；厚的織物不但可以用作濾層,還可以用作導(dǎo)水體,因此更適用于各種土建工程。
1962年，美國杜邦公司開發(fā)紡粘法長纖維非織造布，以取代短纖維非織造布。從此，歐洲各國都以紡粘法生產(chǎn)長纖維非織造布，并用做道路、護岸等工程中的濾層和導(dǎo)水體。近20年來,由于紡粘法制造工藝的推廣,生產(chǎn)出大量的成本低、強度高的產(chǎn)品,使非織造土工織物的應(yīng)用飛速地發(fā)展起來。
1968年法國將針刺非織造布應(yīng)用于道路工程，英國將熱粘非織造布應(yīng)用于道路工程，前聯(lián)邦德國將短纖維制成的針刺非織造布用于渠道岸邊防護工程。
20世紀(jì)70年代以后，在國外，織物的應(yīng)用從馬路、鐵路路基工程逐步擴展到擋土墻、土壩等大型永久性工程。
土工織物（geotextile）和土工膜（geomembrane）是J．P．Giroud和J．Perfetti于1977年首先提出來的。他們把透水的土工合成材料稱為土工織物，不透水的稱為土工膜，這兩個名詞被使用了許多年。后來，大量的以合成聚合物為原料的其他類型土工合成材料紛紛問世，已經(jīng)超出了織物和膜的范疇。進入20世紀(jì)80年代，為了更好地滿足不同工程的需要，土工格柵、土工網(wǎng)和土工墊等新材料相繼出現(xiàn)，進一步加快了土工合成材料應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。1983年J．E．Fluet建議使用土工合成材料(geosynthetics)來概括各種類型的有關(guān)材料，1994年在新加坡召開的“第五屆國際土工織物、土工膜及有關(guān)產(chǎn)品會議”上,大多數(shù)與會代表主張用 “土工合成材料”一詞,并將“國際土工織物學(xué)會”（International Geotextile Society 簡稱IGS）更名為“國際土工合成材料學(xué)會”（International Geosynthetics Society 仍簡稱IGS）。
土工合成材料在我國的應(yīng)用開始于20世紀(jì)60年代中期,當(dāng)時在市場上已經(jīng)出現(xiàn)很多種塑料和化纖產(chǎn)品。少數(shù)工程技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)這些產(chǎn)品具有優(yōu)良的工程特性，試用于土建工程，取得了一些成功的經(jīng)驗，但未能及時推廣。在20世紀(jì)70年代，一種由扁絲纖維織成的編織物，即通常所稱的“化纖包裝袋”，開始應(yīng)用于河道與涵閘工程，其原料多采用聚丙烯和聚乙烯。
20世紀(jì)80年代開始，工程技術(shù)人員的思想日益解放,與世界各國的交流日益增多, 從國外引進了非織造土工織物、塑料排水帶、化纖模袋等新型材料，以及生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)資料，推動了我國土工織物的生產(chǎn)與應(yīng)用。1981年，鐵路部門采用美國、英國的非織造布，首先用于路基層，解決了路基翻漿冒泥問題；1983年，江蘇省引進日本化纖模袋，用于航道護坡工程；河北省采用法國羅納普朗克公司生產(chǎn)的針刺非織造布，用于水庫過濾層。
20世紀(jì)90年代以來，土工織物由于所具有的功能和特性以及在實際工程中的應(yīng)用效果，引起全國各行各業(yè)的極大興趣。1998年夏秋，在長江、松花江和嫩江特大洪災(zāi)的防汛搶險工作中，土工合成材料發(fā)揮了重要作用，引起政府重視，建筑部門把對土工織物的應(yīng)用列入到設(shè)計規(guī)范中去，并制定了相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，土工織物才真正得到重視和發(fā)展。目前，土工織物在水利水電建設(shè)部門應(yīng)用范圍廣、應(yīng)用量大，如三峽水電工程、秦山核電站、京杭大運河等工程。隨著理論研究的深入，測試技術(shù)、設(shè)計水平、施工方法的不斷提高，土工織物開始在一些大型工程、重點工程中得以應(yīng)用，并獲得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。
另外，土工膜、土工網(wǎng)、土工格柵等從20世紀(jì)80年代開始也逐步邁開了發(fā)展的步伐。1983年,北京市開始采用編織布與塑料薄膜相結(jié)合的復(fù)合型結(jié)構(gòu)型式,解決了十幾處已建中小型水利工程的滲漏問題,取得了成功的經(jīng)驗，被推廣到其他省市；1986年河北省在亂木水庫利用0.8mm的聚氯乙烯土工膜處理了庫區(qū)臺地的滲漏；1989年水口水電站利用土工織物和1.0mm土工膜相結(jié)合的復(fù)合型土工合成材料修筑堆石圍堰的心墻。近十年來完成的或施工中的一些較大型工程, 多數(shù)采用單層的較厚的土工膜或復(fù)合型土工膜。
隨著土工合成材料技術(shù)的不斷進步、產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提升、品種和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，以及基礎(chǔ)設(shè)施和其他工程的持續(xù)需求，可以預(yù)見，土工合成材料的發(fā)展前景依然可待，未來市場空間依然可期。
