第十二章土工合成材料ppt课件

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1、第第1212章章 土工合成资料土工合成资料主要内容主要内容v12.1 12.1 概述概述v12.2 12.2 土工合成资料的分类土工合成资料的分类v12.3 12.3 土工合成资料的特性目的土工合成资料的特性目的v12.4 12.4 土工合成资料的主要功能土工合成资料的主要功能v12.5 12.5 设计计算设计计算v12.6 12.6 施工技术施工技术12.1 12.1 概述概述 土工合成资料是各种由聚合土工合成资料是各种由聚合物制成的土工产品的总称，是由物制成的土工产品的总称，是由煤、石油、天然气等原资料制成煤、石油、天然气等原资料制成的高分子聚合物经过纺丝和后处的高分子聚合物经过纺丝和后处

2、置制成纤维，再加工而成运用于置制成纤维，再加工而成运用于岩土工程领域的建筑资料。岩土工程领域的建筑资料。常见的这类纤维有：聚酰胺常见的这类纤维有：聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚氯乙烯纤维等等。聚乙烯纤维、聚氯乙烯纤维等等。12.2 12.2 土工合成资料的分类土工合成资料的分类土工合成资料分土工合成资料分1414种产品种产品:1)1)织造有纺土工织物织造有纺土工织物2)2)非织造无纺土工织物非织造无纺土工织物3 3土工膜土工膜4 4土工格栅土工格栅5 5土工带土工带6 6土工格室土工格室 7 7土工网土工网8 8土工模袋土工模袋9 9土工网垫土工网

3、垫1010土工塑料排水带土工塑料排水带1111土工织物膨润土垫土工织物膨润土垫1212聚苯乙烯板块聚苯乙烯板块1313玻纤网玻纤网1414土工复合资料土工复合资料 一、物理特性一、物理特性1.相对密度相对密度 指原资料的相对密度未参入其他原料。指原资料的相对密度未参入其他原料。2.单位面积质量单位面积质量 指指1m2土工织物的质量，由称量法确定。常土工织物的质量，由称量法确定。常用土工织物的单位面积为用土工织物的单位面积为100-1200g/m2。3.厚度厚度 指压力指压力2KPa时其底面到顶面的垂直间隔，时其底面到顶面的垂直间隔，由厚度测定仪测定。由厚度测定仪测定。12.3 12.3 土工合

4、成资料的特性目的土工合成资料的特性目的二、力学特性二、力学特性1.紧缩性紧缩性 土工织物厚度随法向压力变化的性质为该土工织物厚度随法向压力变化的性质为该资料的紧缩性。厚度与浸透性有关，故也可资料的紧缩性。厚度与浸透性有关，故也可求得不同法向压力下的浸透系数。求得不同法向压力下的浸透系数。2.抗拉强度抗拉强度 指试样受拉伸至断裂时单位宽度所受的力。指试样受拉伸至断裂时单位宽度所受的力。常用的无纺型土工织物的抗拉强度为常用的无纺型土工织物的抗拉强度为10-30KN/m，高强度的为，高强度的为30-100KN/m；最常；最常用的编织型土工织物为用的编织型土工织物为20-50KN/m，高强，高强度的为

5、度的为50-100KN/m；普通的土工格栅为；普通的土工格栅为30-200KN/m，高强度的为，高强度的为200-400KN/m。3.3.撕裂强度撕裂强度 反响了土工合成资料的抗撕裂的才干，最常用的测试方反响了土工合成资料的抗撕裂的才干，最常用的测试方法为梯形法。法为梯形法。4.4.握持拉伸强度握持拉伸强度 这也是一种抗拉强度，它反响土工合成资料分散集中的这也是一种抗拉强度，它反响土工合成资料分散集中的才干。实验方法与条带拉伸实验类似。才干。实验方法与条带拉伸实验类似。5.5.顶破强度顶破强度 反响了土工合成资料抵抗垂直于其平面的法向压力的才反响了土工合成资料抵抗垂直于其平面的法向压力的才干。

6、测定顶破强度方法：干。测定顶破强度方法：a.a.液压顶破实验；液压顶破实验；b.b.圆球顶破实圆球顶破实验；验；c.CBRc.CBR顶破实验。顶破实验。6.6.刺破强度刺破强度 反响土工合成资料抵抗带有棱角的块石或树杆刺破的才反响土工合成资料抵抗带有棱角的块石或树杆刺破的才干，测试方法与圆球顶破实验类似。干，测试方法与圆球顶破实验类似。7.7.穿透强度穿透强度 反响具有尖角的石块或锐利物掉落在土工合成资料上时，反响具有尖角的石块或锐利物掉落在土工合成资料上时，土工合成资料抵御掉落物穿透作用的才干。采用落锤穿透土工合成资料抵御掉落物穿透作用的才干。采用落锤穿透实验进展测定。实验进展测定。8.8.

7、摩擦系数摩擦系数 该目的是核算加筋土体稳定性的重要数据，反响了土工该目的是核算加筋土体稳定性的重要数据，反响了土工合成资料与土接触界面上的摩擦强度。可采用直接剪切摩合成资料与土接触界面上的摩擦强度。可采用直接剪切摩擦实验或抗拔摩擦实验进展测定。擦实验或抗拔摩擦实验进展测定。三、水理性特性三、水理性特性1.孔隙率孔隙率n)指土工织物中的孔隙体积与织物的总体积指土工织物中的孔隙体积与织物的总体积之比，以百分数表示。其大小影响土工织物之比，以百分数表示。其大小影响土工织物的浸透性和紧缩性。的浸透性和紧缩性。2.开孔面积率开孔面积率POA 指土工织物平面的总开孔面积与织物总面指土工织物平面的总开孔面积

8、与织物总面积的比值，以百分数表示。普通产品的积的比值，以百分数表示。普通产品的POA=4%-8%，最大可达，最大可达30%以上。以上。POA的的大小影响织物的透水性和淤堵性。大小影响织物的透水性和淤堵性。3.等效孔径等效孔径EOS 土工织物有不同大小的开孔，孔径尺寸用土工织物有不同大小的开孔，孔径尺寸用符号符号“O表示。表示。EOS是用土工织物作滤层是用土工织物作滤层时选料的重要目的。时选料的重要目的。4.4.垂直浸透系数垂直浸透系数kv)kv)指垂直于织物平面方向上的浸透系数，用指垂直于织物平面方向上的浸透系数，用cm/scm/s表示。它表示。它是土工织物用作反虑或排水层时的重要设计目的。是

9、土工织物用作反虑或排水层时的重要设计目的。5.5.程度浸透系数程度浸透系数 土工合成资料用作排水资料时，水在聚合物内部沿平面土工合成资料用作排水资料时，水在聚合物内部沿平面方向流动，在土工合成资料内部孔隙中输导水流的性能可方向流动，在土工合成资料内部孔隙中输导水流的性能可用土工合成资料平面的程度浸透系数或导水率为土工合用土工合成资料平面的程度浸透系数或导水率为土工合成资料平面浸透系数与聚合物厚度的乘积来表示。成资料平面浸透系数与聚合物厚度的乘积来表示。四、耐久性和环境影响四、耐久性和环境影响 耐久性和环境影响是反映资料在长期运耐久性和环境影响是反映资料在长期运用和不同环境条件中任务的性状变化。

10、用和不同环境条件中任务的性状变化。1.1.抗老化抗老化 指高分子资料在加工、储存和运用过程中，指高分子资料在加工、储存和运用过程中，由于受内外要素的影响，使其性能逐渐变坏由于受内外要素的影响，使其性能逐渐变坏的景象，老化是不可逆的化学变化。的景象，老化是不可逆的化学变化。2.2.徐变性徐变性 指资料在长期恒载下继续伸长的景象。指资料在长期恒载下继续伸长的景象。12.4.112.4.1土工合成资料的工程运用土工合成资料的工程运用一、反滤作用一、反滤作用 将土工合成资料铺放在上游面块石护坡下将土工合成资料铺放在上游面块石护坡下面，可起反滤作用和隔离作用如以下图；面，可起反滤作用和隔离作用如以下图；

11、12.4 12.4 土工合成资料的主要功能土工合成资料的主要功能 同样也可铺放在下游排水体周围起反滤作用，以防止管同样也可铺放在下游排水体周围起反滤作用，以防止管涌。涌。也可铺放在均匀土坝的坝体内，起竖向排水作用，这样也可铺放在均匀土坝的坝体内，起竖向排水作用，这样可有效地降低均质坝的坝体浸润线，提高下游坝体的稳定可有效地降低均质坝的坝体浸润线，提高下游坝体的稳定性，浸透水沿土工合成资料进入程度排水体，最后排至坝性，浸透水沿土工合成资料进入程度排水体，最后排至坝体外。体外。二、排水作用二、排水作用 具有一定厚度的土工织物具有良好的三维具有一定厚度的土工织物具有良好的三维透水性，利用这一特性除了

12、可作透水反滤层透水性，利用这一特性除了可作透水反滤层外，还可使水经过土工合成资料的平面迅速外，还可使水经过土工合成资料的平面迅速沿程度方向排走，构成程度排水层。沿程度方向排走，构成程度排水层。图图a为土工合成资料与其他排水资料共为土工合成资料与其他排水资料共同构成排水系统，加速填筑土体的排水固结同构成排水系统，加速填筑土体的排水固结过程。过程。图图b为挡土墙在填土之前，将土工合成为挡土墙在填土之前，将土工合成资料置于挡土墙后再填土，这样既可将水排资料置于挡土墙后再填土，这样既可将水排出，又不会把土颗粒带走。出，又不会把土颗粒带走。图图c为降低均质坝坝体内浸润线，可在为降低均质坝坝体内浸润线，可

13、在坝体内用土工合成资料做排水体。坝体内用土工合成资料做排水体。图图d为土工合成资料用于建造无集水管为土工合成资料用于建造无集水管的排水盲沟。的排水盲沟。图图e为防止细砂和土粒进入排水管道而为防止细砂和土粒进入排水管道而引起堵塞，将土工合成资料包裹管道，然后引起堵塞，将土工合成资料包裹管道，然后埋于地下。埋于地下。三、隔离作用三、隔离作用 普通修筑道路时，路基、路床资料和普通普通修筑道路时，路基、路床资料和普通资料都混合在一同，这虽然部分景象，但使资料都混合在一同，这虽然部分景象，但使原设计的强度、排水、过滤的功能减弱。为原设计的强度、排水、过滤的功能减弱。为了防止这种景象的发生，可将土工合成资

14、料了防止这种景象的发生，可将土工合成资料设置在两种不同特性的资料间，不使其混杂，设置在两种不同特性的资料间，不使其混杂，但又能坚持一致的作用。但又能坚持一致的作用。四、防渗作用四、防渗作用 土工膜和复合土工合成资料可以防止液体土工膜和复合土工合成资料可以防止液体的渗漏、气体的挥发、维护环境或建筑物的的渗漏、气体的挥发、维护环境或建筑物的平安。平安。五、防护作用五、防护作用 土工合成资料对土体或水面可以起防护作土工合成资料对土体或水面可以起防护作用，如防止河岸或海岸被冲刷、防止土体的用，如防止河岸或海岸被冲刷、防止土体的冻害、防止路面反射裂痕、防止水面蒸发或冻害、防止路面反射裂痕、防止水面蒸发或

15、空气中的灰尘污染水面。空气中的灰尘污染水面。六、加筋作用六、加筋作用 当土工合成资料用作土体加筋时，其根本当土工合成资料用作土体加筋时，其根本作用是给土体提供抗拉强度。其运用范围有：作用是给土体提供抗拉强度。其运用范围有：加固土坡、堤坝、地基及挡土墙。加固土坡、堤坝、地基及挡土墙。1.加固土坡和堤坝加固土坡和堤坝a.可使边坡变陡，节省占地面积；可使边坡变陡，节省占地面积；b.防止滑动圆弧经过路堤和地基土；防止滑动圆弧经过路堤和地基土；c.防止路堤下因发生承载力缺乏而破坏；防止路堤下因发生承载力缺乏而破坏；d.跨越能够的沉陷区等。跨越能够的沉陷区等。2.2.用于加固地基用于加固地基 由于土工合成

16、资料有较高的强度和韧性等力学性能，且由于土工合成资料有较高的强度和韧性等力学性能，且能紧贴于地外表，使其上部施加的荷载能均匀分布在地层能紧贴于地外表，使其上部施加的荷载能均匀分布在地层中。当地基能够产生冲切破坏时，铺设的土工合成资料将中。当地基能够产生冲切破坏时，铺设的土工合成资料将阻止破坏面的出现，从而提高地基承载力。阻止破坏面的出现，从而提高地基承载力。3.3.用于加筋土挡墙用于加筋土挡墙 在挡土构造的土体中，每隔一定垂直间隔铺设加固作用在挡土构造的土体中，每隔一定垂直间隔铺设加固作用的土工合成资料时，该土工合成资料可对路基起到加筋作的土工合成资料时，该土工合成资料可对路基起到加筋作用。用

17、。12.4.112.4.1土工合成资料的工程运用土工合成资料的工程运用一、非织外型土工织物无纺织物一、非织外型土工织物无纺织物 最主要用途作为排水反滤层，以替代天然最主要用途作为排水反滤层，以替代天然粒状滤层的作用。在这种情况下，无纺织物粒状滤层的作用。在这种情况下，无纺织物有时还可以起一定隔离作用。有时还可以起一定隔离作用。二、织外型土工织物有纺织物二、织外型土工织物有纺织物 最主要的是做成各种土工合成资料产品或最主要的是做成各种土工合成资料产品或土工合成资料系统，如编织袋，防汛袋，土土工合成资料系统，如编织袋，防汛袋，土工模袋等。同时，它也可直接用作隔离层或工模袋等。同时，它也可直接用作隔

18、离层或作为加筋资料。作为加筋资料。三、土工膜或复合土工膜三、土工膜或复合土工膜 它主要用在防渗、防漏或需求密封的部位，它主要用在防渗、防漏或需求密封的部位，因此在水利因此在水利 工程和环保工程中运用广泛。工程和环保工程中运用广泛。四、土工加筋带或土工格栅四、土工加筋带或土工格栅 这种资料用于土的加筋和加固。这种资料用于土的加筋和加固。五、排水带和排水软管五、排水带和排水软管 排水带用于土体的排水，或促进土体的固结，它在公路。排水带用于土体的排水，或促进土体的固结，它在公路。水闸和房屋地基中运用广泛。水闸和房屋地基中运用广泛。六、土工模袋六、土工模袋 用于岸坡和堤坡的护坡，它替代了混凝土的浇筑模

19、板。用于岸坡和堤坡的护坡，它替代了混凝土的浇筑模板。故称模袋。故称模袋。七、聚苯乙烯板块七、聚苯乙烯板块 运用于软土地基中地基承载力缺乏，沉降量过大、地基运用于软土地基中地基承载力缺乏，沉降量过大、地基不均匀沉降等填筑工程以及地下管道维护的换填工程。不均匀沉降等填筑工程以及地下管道维护的换填工程。12.5 12.5 设计计算设计计算 设计时，应根据不同工设计时，应根据不同工程运用的对象，综合思索对土工程运用的对象，综合思索对土工合成资料作用的要求进展选料。合成资料作用的要求进展选料。12.5.1 12.5.1 作为滤层时的设计作为滤层时的设计普通在反滤层设计时，既要求有普通在反滤层设计时，既要

20、求有足够的透水性；又要求能有效地足够的透水性；又要求能有效地防止土颗粒被带走。防止土颗粒被带走。通常采用无纺和有纺土工合成资通常采用无纺和有纺土工合成资料，而对土工合成资料作为滤层，料，而对土工合成资料作为滤层，同样必需满足这两种根本要求。同样必需满足这两种根本要求。实践上对土工合成资料作为实践上对土工合成资料作为反滤层的效果，遭到资料的特性、反滤层的效果，遭到资料的特性、维护土的性质和地下水条件的相维护土的性质和地下水条件的相互作用的影响。对级配不良的土互作用的影响。对级配不良的土料，因其本身不能成为粒料，所料，因其本身不能成为粒料，所以以“排水和挡土得依托土工合排水和挡土得依托土工合成资料

21、。成资料。土工合成资料作为滤层设计时的两个主要要素是土工合成土工合成资料作为滤层设计时的两个主要要素是土工合成资料的有效孔径和浸透性能。目前广泛采用的滤料要求为：资料的有效孔径和浸透性能。目前广泛采用的滤料要求为：12.5.2 加筋土垫层设计加筋土垫层设计 由分层铺设的土工合成资料与地基土构成由分层铺设的土工合成资料与地基土构成加筋土垫层，参见图加筋土垫层，参见图12-15。一、加固机理一、加固机理加固机理为：加固机理为：1.分散应力分散应力增大了分散角，有利于上部荷载分散，降低增大了分散角，有利于上部荷载分散，降低底面压力。底面压力。2.调整不均匀沉降调整不均匀沉降 加大了地基的整体刚度，均

22、化传送到下卧加大了地基的整体刚度，均化传送到下卧土层上的压力，有利于调整不均匀沉降。土层上的压力，有利于调整不均匀沉降。3.增大地基稳定性增大地基稳定性由于加筋土的约束，整体上限制了地基土的由于加筋土的约束，整体上限制了地基土的剪切、侧向挤出和隆起。剪切、侧向挤出和隆起。二、加筋土垫层设计二、加筋土垫层设计包括：稳定性验算、确定加筋构造、验算加包括：稳定性验算、确定加筋构造、验算加筋土垫层地基的承载力和沉降。筋土垫层地基的承载力和沉降。以下引见国外对加筋土垫层在地基加固和路堤加固方面以下引见国外对加筋土垫层在地基加固和路堤加固方面的设计计算方法：的设计计算方法：1.地基加固地基加固设计时，地基

23、极限承载力设计时，地基极限承载力ps+c的公式如下：的公式如下：2.路堤加固路堤加固 铺设方式有两种：一种是铺设在路基铺设方式有两种：一种是铺设在路基底与填土间；另一种是在堤身内填土间铺底与填土间；另一种是在堤身内填土间铺设，有瑞典法和荷兰法两种计算方法设，有瑞典法和荷兰法两种计算方法。首先按常规方法找出最危险圆弧滑动参数以及相应的最小平首先按常规方法找出最危险圆弧滑动参数以及相应的最小平安系数安系数Kmin。然后再参与有土工合成资料这一要素。然后再参与有土工合成资料这一要素。那么：那么：荷兰法计算，稳定平安系数为：荷兰法计算，稳定平安系数为：值得留意的是：除了应验算滑弧穿过土工合成资料的稳定

24、值得留意的是：除了应验算滑弧穿过土工合成资料的稳定性外，还应验算在土工合成资料范围以外路堤有无整体滑性外，还应验算在土工合成资料范围以外路堤有无整体滑动的能够，对以上两种计算均满足时才可以为是稳定的。动的能够，对以上两种计算均满足时才可以为是稳定的。12.5.3 加筋土边坡设计加筋土边坡设计设计步骤如下：设计步骤如下：(1)先按未加筋土边坡进先按未加筋土边坡进展稳定性分析，求最展稳定性分析，求最小平安系数小平安系数Fsu，与，与设计要求的设计要求的Fsr比较，比较，小于时应采取加筋处小于时应采取加筋处置。置。(2)再图中画出再图中画出FsuFsr 的滑弧，得到加筋临的滑弧，得到加筋临界范围。界

25、范围。(图图12-17)(3)总拉力总拉力Ts(单宽单宽)计算计算公式：公式：(4)Ts 中的最大值中的最大值Tsmax应为设计所需的筋材总加筋力。加应为设计所需的筋材总加筋力。加筋层数应合理确定。筋层数应合理确定。以上设计的原理是以为土坡所需的加筋力应根据每个能够以上设计的原理是以为土坡所需的加筋力应根据每个能够的滑动圆弧逐一计算，获得的滑动圆弧逐一计算，获得Tsmax，该拉力并非所产生于，该拉力并非所产生于最危险滑动圆弧。最危险滑动圆弧。(5)筋材的强度验算和抗拔稳定性验算应符合有关的要求。筋材的强度验算和抗拔稳定性验算应符合有关的要求。一、加固机理一、加固机理加固机理为：加固机理为：1.

26、分散应力分散应力增大了分散角，有利于上部荷载分散，降低增大了分散角，有利于上部荷载分散，降低底面压力。底面压力。2.调整不均匀沉降调整不均匀沉降 加大了地基的整体刚度，均化传送到下卧加大了地基的整体刚度，均化传送到下卧土层上的压力，有利于调整不均匀沉降。土层上的压力，有利于调整不均匀沉降。3.增大地基稳定性增大地基稳定性由于加筋土的约束，整体上限制了地基土的由于加筋土的约束，整体上限制了地基土的剪切、侧向挤出和隆起。剪切、侧向挤出和隆起。二、加筋土垫层设计二、加筋土垫层设计包括：稳定性验算、确定加筋构造、验算加包括：稳定性验算、确定加筋构造、验算加筋土垫层地基的承载力和沉降。筋土垫层地基的承载

27、力和沉降。2.2.二重法二重法 运用双通道的二重注浆管。当二重注浆管运用双通道的二重注浆管。当二重注浆管钻进到土层的预定深度后，经过在管底部侧钻进到土层的预定深度后，经过在管底部侧面的一个同轴双重喷嘴，同时放射出高压浆面的一个同轴双重喷嘴，同时放射出高压浆液和空气两种介质的放射流冲击破坏土体。液和空气两种介质的放射流冲击破坏土体。在高压浆液和它外圈环绕气流的共同作用下，在高压浆液和它外圈环绕气流的共同作用下，最后在土中构成较大的固结体。固结体的范最后在土中构成较大的固结体。固结体的范围明显添加围明显添加(图图113)113)。这种方法日本称为。这种方法日本称为JSGJSG工法。工法。12.6

28、施施 工工 技技 术术一、施工方法要点一、施工方法要点(1)铺设土工合成资料时应留意均匀和平整；在斜坡铺设土工合成资料时应留意均匀和平整；在斜坡上施工时应坚持一定的松紧度；在护岸工程上铺上施工时应坚持一定的松紧度；在护岸工程上铺设时，上坡段土工合成资料应搭接在下坡段土工设时，上坡段土工合成资料应搭接在下坡段土工合成资料之上。合成资料之上。(2)对土工合成资料的部分地方，不要加过重的部分对土工合成资料的部分地方，不要加过重的部分应力。假设用块石维护土工合成资料，施工时应应力。假设用块石维护土工合成资料，施工时应将块石悄然铺放。不得在高处抛掷。将块石悄然铺放。不得在高处抛掷。(3)土工合成资料用于

29、反滤层作用时，要求保证延续土工合成资料用于反滤层作用时，要求保证延续性，不使出现扭曲、折皱和重叠。性，不使出现扭曲、折皱和重叠。(4)在存放和铺设过程中，应尽量防止长时间的曝晒在存放和铺设过程中，应尽量防止长时间的曝晒而使资料劣化。而使资料劣化。(5)(5)土工合成资料的端部要先铺填，中间后填。端部锚固必需土工合成资料的端部要先铺填，中间后填。端部锚固必需精心施工。精心施工。(6)(6)第一层铺垫厚度应在第一层铺垫厚度应在0 05m5m以下，但不要使推土机的刮土以下，但不要使推土机的刮土板损坏所铺填的土工合成资料。当土工合成资料遭到损坏板损坏所铺填的土工合成资料。当土工合成资料遭到损坏时。应子

30、立刻修补。时。应子立刻修补。(7)(7)当土工合成资料用作软土地基上的堤坝和路堤的加筋加固当土工合成资料用作软土地基上的堤坝和路堤的加筋加固时，基底必需加以清理，基底面要求平整，尤其是水面以时，基底必需加以清理，基底面要求平整，尤其是水面以下的基底面，要先抛一层砂，将凹凸不平的基底面予以平下的基底面，要先抛一层砂，将凹凸不平的基底面予以平整，再由潜水员下水检查其平整度。假设铺在凹凸不平基整，再由潜水员下水检查其平整度。假设铺在凹凸不平基底面上的土工合成资料呈底面上的土工合成资料呈“波浪形，当荷载作用时引起波浪形，当荷载作用时引起沉降，此时土工合成资料不易张拉，也就难以发扬其抗拉沉降，此时土工合成资料不易张拉，也就难以发扬其抗拉强度。强度。二、接缝衔接方法二、接缝衔接方法 土工合成资料是按一定规格的面积和长度在工厂进土工合成资料是按一定规格的面积和长度在工厂进展定型消费，因此这些资料运到现场后必需进展衔接。衔展定型消费，因此这些资料运到现场后必需进展衔接。衔接时可采用搭接、缝合、胶结或接时可采用搭接、缝合、胶结或U U形钉钉住等方法。形钉钉住等方法。