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土工袋對邊坡防護影響試驗研究

文檔作者：曹富1,2 文檔來源： 1．四川大學水利水電學院 2．水力學與山區(qū)河流開發(fā)保護國家重點實驗		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年03月03日
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第53卷第2期
2017年2月
甘肅水利水電技術
GANSU WATER砌隅oURCESANDHYDROPOW勰TECHNOLOGY
V01．53，No．2
Feb．，2017
·設計與研究·
土工袋對邊坡防護影響試驗研究
曹富1,2
(1．四川大學水利水電學院，四川成都610065；
2．水力學與山區(qū)河流開發(fā)保護國家重點實驗室，四川成都610065)
摘要：采用室內模型試驗的原理和方法，研究土工袋技術對容易出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)地區(qū)的防護作用，試驗變量是土工袋的
有無和邊坡不同坡比條件，通過對比分析不同情況下的極限破壞壓力、水平豎向位移和邊坡破壞形式等，來說明土工
袋支護形式對邊坡加，固的影響。結果表明：土工袋對于易滑坡施工地區(qū)的邊坡具有較好的支擋效果；采用土工袋支護
建議邊坡坡度小于l：o．3，且坡度越緩，加固效果越好；根據(jù)試驗結果和調研結果，若采用土工袋支護，每級支護高摩建
議不超過3 m。
關鍵詞：邊坡失穩(wěn)；模型試驗；土工袋；支護
中圖分類號：TU472 文獻標志碼：A 文章編號：2095—0144(2017)02—0015—04
1 前言
近年來，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，各種邊坡支
護工程項目如雨后春筍般呈現(xiàn)。在國家“西部大開
發(fā)”和“一帶一路”的大政策下，為了促進地區(qū)經(jīng)濟快
速發(fā)展，保障日益增長的需求的前提下，我國西部山
區(qū)公路工程、油氣田工程及鐵路工程等越來越多，在
施工及使用期間的安全問題也引起人們的高度重
視，邊坡失穩(wěn)導致的滑坡問題在其中出現(xiàn)的頻率頗
高。因此，需要對其防治對策進行研究。邊坡的工程
地質條件是客觀存在的，人們可以認識、改造它，但
不能改變它。在工程地質情況基本搞清楚之后，對
于如何加強對邊坡的保護，保持邊坡的完整和安全，
是易發(fā)生邊坡失穩(wěn)地區(qū)中一項重大的工作，稍有不
慎，輕則花費成千上萬元的清理加固費用；重則修改
設計，影響采場當前和長遠的生產(chǎn)，并造成安全隱
患。
邊坡防護是現(xiàn)場工程的一項必須認真對待、技
術要求又十分嚴格的工作。從施工過程分析，土方
的開挖是影響邊坡以穩(wěn)定的最大因素之一，在開挖
和邊坡防護之間，要科學地結合而不能偏廢，否則將
會過分限制開挖而妨礙工程的進度發(fā)展。
從現(xiàn)場調研情況來看，對于工程現(xiàn)場邊坡的處
理大多數(shù)采用重力式(條石)擋墻。但采用重力式條
石擋墻往往存在以下弊端：
(1)天然條石斷面不平整，使用時需要加工砌
筑，使工程成本增加；
(2)重力式條石擋墻由于剛度較大，當坡后土體
發(fā)生變化時，容易由于水平位移過大而發(fā)生坍塌。
因此，重力式條石擋墻不適用于所有工程。
2邊坡用土的工程特性
試驗用土為紅層土，而紅層主要指侏羅紀到新
近紀的陸相碎屑巖系，因其富含鐵氧化物而呈褐紅
色或棕紅色，故得名紅層。紅層土在我國尤其是西南
地區(qū)分布十分廣泛，且易破碎、強度低、遇水后易崩
解與軟化，為此國內外很多學者對各個地方的紅層
土的地質歷史和成因已有大量的研究。但最早注意
到的是其崩解性，如太沙基、佩克從巖土裂隙構造角
度提出氣致崩潰力學來解釋紅層的崩解特征。．
紅層土呈現(xiàn)高分散性，黏粒含量高，由于團粒結
構在形成過程中造成的總的空隙體積大，因此孔隙
比常大于1．0。紅層土無濕陷性，雖孔隙大但是壓縮
性小，力學性能好。紅層土的飽和度大多在90％以
上，天然含水量往往高于最優(yōu)含水量，這使紅層土成
為二相體系，所以紅層土濕度的指標同時也反映了
土的密實度狀態(tài)。在天然豎向剖面表面呈堅硬或硬
塑狀態(tài)，向下逐漸變軟，土的含水率及孔隙比隨深度
收稿日期：2017-02—06
作者簡介：曹富(1990一)，男，四川內江人，碩士，研究方向：巖石動態(tài)強度及斷裂韌度，E—mail：29081491l@qq．com。
萬方數(shù)據(jù)
2017年第2期甘肅水利水電技術第53卷
而增加。當失水后，土體發(fā)生收縮土體中呈現(xiàn)出裂
縫，接近地表的裂縫呈現(xiàn)豎向開口狀，往深處逐漸減
弱，呈網(wǎng)狀微裂隙而閉合，吸水后具有一定膨脹性。
3土工袋性質
3．1 土工袋拉伸性質
筋材拉伸試驗與土工織物拉伸試驗基本相同，
采用防滑脫的專用夾具夾持。隨機抽取批樣材料，
每組不少于6樣本，每個樣本長度至少能裁取
3個試樣。試樣制取后，用游標卡尺測其原始寬
度、厚度，進行拉伸試驗，測出筋材的抗拉強度
和延伸率。
土工袋拉伸試驗如圖1所示，試驗結果見表1。
(1)制樣(2)拉伸(3)縱向拉伸破壞
圖1土工袋拉伸試驗過程
表1土工袋試樣拉伸強度及伸長率
從表1可知，土工袋平均縱向斷裂強力為
996．42 N，平均斷裂伸長率為63．55％；橫向平均斷裂
強力為2 138．56 N，平均斷裂伸長率為34．75％，符合
技術指標要求。
3．2土工袋的腐蝕試驗
土工袋需長期與土壤接觸，而土壤水中具有一
定的酸堿度，使用過程中會受到一定程度的腐蝕。
為了測試筋材的抗腐蝕性，試驗室用與土壤酸、堿度
相仿的溶液浸泡土工袋72 h，觀察其被腐蝕后表觀
變化；然后對被腐蝕之后的筋材進行拉伸試驗，并與
未原始筋材抗拉強度進行對比，以驗證抗腐蝕效果。
試驗中強酸選用硫酸，強堿選用氫氧化鈉，土工袋酸
堿腐蝕試驗過程見圖2所示。
土工袋放入強酸溶液后，表面有氣泡產(chǎn)生，并不
易溶于溶液；放入強堿溶液中時表面除了有氣泡產(chǎn)
生，溶液有稍稍變紅，也不易溶于溶液。浸泡之后土
工袋拉伸試驗過程同上，土工袋斷裂強度與斷裂伸
長關系如圖3、4所示，試驗結果見表2。
1)強酸浸泡
f2)強堿浸泡
圖2土工袋強酸強堿浸泡過程
萬方數(shù)據(jù)
第2期曹富：土工袋對邊坡防護影響試驗研究
DISPIii]rn
圖3強酸浸泡后土工袋斷裂強度與伸長率關系
第53卷
圖4強堿浸泡后土工袋斷裂強度與伸長率關系
表2土工袋強酸強堿浸泡后拉伸試驗
由表2可以看出土工袋在經(jīng)過強酸浸泡之后，
其斷裂強度有所下降，但仍符合技術指標要求。伸
長率變化不大；土工袋在經(jīng)過強堿浸泡之后，其斷裂
強度和伸長率與未腐蝕之前基本相同由此可見，土
工袋的抗堿性要優(yōu)于抗酸性，但均滿足抗腐蝕性要
求。
4試驗方案
4．1 模型設計
邊坡模型試驗設計目的是驗證石籠網(wǎng)或土工袋對
邊坡防護的加固效果。試驗主要從兩個方面進行：
(1)相同坡比(I：0．5)條件下，不支擋和土工袋
支擋結構的室內模型試驗；
(2)土工袋支擋結構在不同坡比(直坡、1：O．3、
i：0．5、1：0．75)條件下的室內模型試驗。
以第i種情況為例，室內模型試驗的設計圖如
圖5所示。模型高度均為100 cm，坡比選用現(xiàn)場常
見坡比1：0．5，統(tǒng)一在墻體后加載，加載體寬度為
20 cm。在不同坡比條件下，分別測試天然土坡無支
護情況和土工袋支護情況下，出現(xiàn)貫通裂縫時最大
荷載以及豎向、水平位移及不同位置處土壓力大
小。
95
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(2)土T袋支護情況
圖5邊坡支護模型
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4．2測試內容及測試元件布設
本次模型試驗中，測試內容有：邊坡坡頂?shù)呢Q
向、水平位移及坡頂極限承載力。
測試元件有百分表、土壓力盒。
采用6只百分表測量3個模型槽坡頂豎向位
移，每個坡頂布設2只；6只百分表測量3個模型
槽的坡頂水平位移，每個模型坡頂和坡底各布設1
只。
3個模型一共使用27只土壓力盒，每間隔30
em平行放置3只土壓力盒(圖6)，用于測試邊坡不
同位置處，作用于支擋后的土壓力。
試驗結構如表3、4所列。
尸口口
Ⅶ 口口
k 口口
表3不同支護條件下模型試驗結果
圖6土壓力盒分布圖
由以上結果可以看出：
(1)相同支護條件下，隨著坡度變緩，破壞壓力增
大，破裂面距離坡頂?shù)木嚯x不斷增加，說明坡度越大，土
坡越穩(wěn)定，但占地面積也會隨之增大，經(jīng)濟造價提高。
(2)由于土工袋支護為柔性支護，由所測數(shù)據(jù)顯
示可知，其坡頂水平位移較大，尤其是直坡條件下達
到31．967 mm。為保證邊坡安全，建議在采用土工袋
支護時，坡比應在1：0．3以下。
5結論
通過大量的室內模型試驗，對無支護和土工袋
支護兩種支護情況下邊坡加固效果進行測試，對比
了不同情況下的極限破壞壓力、水平豎向位移和邊
坡破壞形式，來分析土工袋支護形式對邊坡加固的
·18·
影響。結果表明：
(1)土工袋對于川渝地區(qū)邊坡支擋均具有較好支
擋效果，在不同坡比條件下，坡度越緩，加固效果越好。
(2)由于工程有一定的流動性，根據(jù)現(xiàn)場不同
情況，可對工程邊坡采取以下幾種支護措施：①當邊
坡坡度小于1：0．3時，建議采用土工袋支護；當邊
坡坡度大于1：0．3時，可采用其它更加安全可靠的
支護形式。②根據(jù)試驗結果和調研結果，若采用土工
袋支護，每級支護高度建議不超過3 m。
參考文獻：
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J1fl引14『引Il寸1
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萬方數(shù)據(jù)
2017年第2期甘肅水利水電技術第53卷
6試驗結果分析
6．1 土樣物理性質結果分析
從土樣物理性質試驗結果可以看出：液限為
33．9％～35．3％，均小于50％，塑性指數(shù)為12．5％～
14,0％，均大于10％，按液限和塑性指數(shù)分類均為
低液限黏土；顆粒分析試驗中，砂粒含量為0．3％
～7．8％，平均值2。4％；粉粒含量為69．2％～
74．1％，平均值72．6％；黏粒含量為23．O％～
27：1％，平均值25．0％。土樣中以粉粒為主，黏粒、砂
粒次之。按SL 251—2015((水利水電工程天然建筑材
料勘察規(guī)程》中三角坐標定名均為重粉質黏土。
6．2土樣輕型、重型擊實比對試驗結果分析
從土樣輕型、重型擊實試驗結果可以看出：重型
擊實的最大干密度比輕型擊實的提高了O．10～O．15
跏m3，重型擊實的最優(yōu)含水率比輕型擊實的降低
13％一2．4％，說明重型擊實的試驗參數(shù)比輕型擊實
都有很大幅度的提高。
6．3·土樣輕重型擊實后力學試驗結果分析
從表4和表5土樣輕重型擊實試驗后的力學性
能指標分析：重型擊實后的滲透系數(shù)都小于輕型擊
實后的滲透系數(shù)；重型擊實后的飽和、非飽和的固結
慢剪黏聚力均大于輕型擊實后的固結慢剪黏聚力；
重型擊實后的飽和、非飽和內摩擦角都大于輕型擊
實后的；工程中一般采用100—200 kPa壓力區(qū)間內
對應的壓縮系數(shù)來評價土的壓縮性，重型擊實后的
飽和、非飽和壓縮變形系數(shù)都小于輕型擊實后的，按
照SL 237—1999((土工試驗規(guī)程》中規(guī)定：0．1 MPa≤
口，之<0．5 MPa屬中壓縮性土；重型擊實后非飽和、飽
和壓縮模量都大于輕型擊實后的。
以上分析表明，土樣試樣物理性質滿足大壩技
術指標的情況下，輕重型擊實后的力學性質有很大
的區(qū)別，雖然滲透系數(shù)均滿足作為筑壩土料時滲透
系數(shù)小于1 x 10。4的技術指標要求，但重型擊實后
的滲透系數(shù)均小于輕型擊實后的，對大壩的防滲有
了更可靠的保障；非飽和、飽和的黏聚力、內摩擦角
重型均大于輕型，抗剪強度、黏聚力高對壩坡的穩(wěn)
定很有利，壩坡角度相對增大，壩坡體積相應減小，
使用土料量減少。反之，如果土料量增大，填筑施工
容易受雨水影響不利于加快施工進度；非飽和、飽
和壓縮變形系數(shù)重型的小于輕型的、壓縮模量重型
的大于輕型的，壓縮系數(shù)0；1-2I>0．5 MPa屬高壓縮性
土。壓縮系數(shù)小，壓縮模量大，土的壓縮性低，密實
性好；反之則土的壓縮系數(shù)大、壓縮模量小，密實度
低。
7結論
梁河水庫大壩壩體如果用重型擊實試驗參數(shù)來
控制大壩碾壓施工質量，可以使壩體更加穩(wěn)定和安
全，保證它能長期安全運用并充分發(fā)揮其經(jīng)濟效益
和社會效益，故建議采用重型擊實試驗的參數(shù)來控
制梁河水庫大壩的壓實度。
參考文獻：
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