平原水库大多在库底铺设土工合成材料进行库盘防渗。受到库区地下水位上升、蓄水位骤降以及不均匀沉降等因素影响,土工合成材料在局部会出现气胀现象。随着对复合土工膜力学特性研究的不断深入,发现土工布不仅仅是起到防穿刺等物理保护作用,对复合材料的整体力学特性也有着重要的贡献。当前对土工布力学特性的研究主要是通过一维拉伸试验,然而土工布在实际应用中大多是处于多轴应力状态,因此,进行土工布环形约束条件下的球形鼓胀变形试验,总结其表现出的力学特性就变得非常有工程意义。论文分析了土工布鼓胀变形的特征以及影响因素,改进了土工膜气胀实验专用设备以进行环形约束条件下的土工布球形鼓胀变形试验研究。简化土工布鼓胀变形力学模型,分析推导其应力应变关系。总结土工布鼓胀变形的特征和破坏规律,探究不同影响因素下表现出的力学特性。主要研究内容和成果如下:(1)通过理论分析几种土工合成材料应力应变关系的计算公式,选择张应力计算公式,以更好地描述和分析土工布发生鼓胀变形表现出的力学特性。(2)土工布球形鼓胀变形的破坏形式为撕裂破坏,破坏形态类似纺锤形。张应力应变曲线可以划分为四个不同的阶段:线弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和胀破拉断阶段。(3)进行了加载速率,实验设备约束孔径,土工布纤维类型、纤维长度和单位面积质量等因素对土工布球形鼓胀变形影响的实验,以探究不同影响因素对土工布张应力应变曲线、胀破冠顶高度和胀破压力的影响。选取140mL/min的加载速率作为土工布环形约束条件下球形鼓胀变形的基础加载速率,选取100mm的约束孔径作为土工布环形约束条件下球形鼓胀变形的基础约束设备;丙纶短纤土工布球形鼓胀变形的胀破冠顶高度和胀破压力都要大于相同单位面积质量的涤纶短纤土工布;涤纶长丝土工布球形鼓胀变形的胀破冠顶高度和胀破压力都要大于相同单位面积质量的涤纶短纤土工布;涤纶短纤土工布、涤纶长丝土工布和丙纶短纤土工布球形鼓胀变形的胀破冠顶高度、胀破压力均与土工布的单位面积质量成正比。