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土工袋對(duì)邊坡防護(hù)影響試驗(yàn)研究

文檔作者：曹富1,2 文檔來(lái)源： 1．四川大學(xué)水利水電學(xué)院 2．水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(shù)
GANSU WATER砌隅oURCESANDHYDROPOW勰TECHNOLOGY
V01．53，No．2
Feb．，2017
·設(shè)計(jì)與研究·
土工袋對(duì)邊坡防護(hù)影響試驗(yàn)研究
曹富1,2
(1．四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川成都610065；
2．水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610065)
摘要：采用室內(nèi)模型試驗(yàn)的原理和方法，研究土工袋技術(shù)對(duì)容易出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)地區(qū)的防護(hù)作用，試驗(yàn)變量是土工袋的
有無(wú)和邊坡不同坡比條件，通過(guò)對(duì)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(lái)說(shuō)明土工
袋支護(hù)形式對(duì)邊坡加，固的影響。結(jié)果表明：土工袋對(duì)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(hù)
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(yàn)結(jié)果和調(diào)研結(jié)果，若采用土工袋支護(hù)，每級(jí)支護(hù)高摩建
議不超過(guò)3 m。
關(guān)鍵詞：邊坡失穩(wěn)；模型試驗(yàn)；土工袋；支護(hù)
中圖分類號(hào)：TU472 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095—0144(2017)02—0015—04
1 前言
近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各種邊坡支
護(hù)工程項(xiàng)目如雨后春筍般呈現(xiàn)。在國(guó)家“西部大開
發(fā)”和“一帶一路”的大政策下，為了促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)快
速發(fā)展，保障日益增長(zhǎng)的需求的前提下，我國(guó)西部山
區(qū)公路工程、油氣田工程及鐵路工程等越來(lái)越多，在
施工及使用期間的安全問(wèn)題也引起人們的高度重
視，邊坡失穩(wěn)導(dǎo)致的滑坡問(wèn)題在其中出現(xiàn)的頻率頗
高。因此，需要對(duì)其防治對(duì)策進(jìn)行研究。邊坡的工程
地質(zhì)條件是客觀存在的，人們可以認(rèn)識(shí)、改造它，但
不能改變它。在工程地質(zhì)情況基本搞清楚之后，對(duì)
于如何加強(qiáng)對(duì)邊坡的保護(hù)，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(xiàng)重大的工作，稍有不
慎，輕則花費(fèi)成千上萬(wàn)元的清理加固費(fèi)用；重則修改
設(shè)計(jì)，影響采場(chǎng)當(dāng)前和長(zhǎng)遠(yuǎn)的生產(chǎn)，并造成安全隱
患。
邊坡防護(hù)是現(xiàn)場(chǎng)工程的一項(xiàng)必須認(rèn)真對(duì)待、技
術(shù)要求又十分嚴(yán)格的工作。從施工過(guò)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(hù)之間，要科學(xué)地結(jié)合而不能偏廢，否則將
會(huì)過(guò)分限制開挖而妨礙工程的進(jìn)度發(fā)展。
從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況來(lái)看，對(duì)于工程現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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(dāng)坡后土體
發(fā)生變化時(shí)，容易由于水平位移過(guò)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(yàn)用土為紅層土，而紅層主要指侏羅紀(jì)到新
近紀(jì)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(guó)尤其是西南
地區(qū)分布十分廣泛，且易破碎、強(qiáng)度低、遇水后易崩
解與軟化，為此國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)各個(gè)地方的紅層
土的地質(zhì)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(gòu)造角
度提出氣致崩潰力學(xué)來(lái)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(tuán)粒結(jié)
構(gòu)在形成過(guò)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(wú)濕陷性，雖孔隙大但是壓縮
性小，力學(xué)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(biāo)同時(shí)也反映了
土的密實(shí)度狀態(tài)。在天然豎向剖面表面呈堅(jiān)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(jiǎn)介：曹富(1990一)，男，四川內(nèi)江人，碩士，研究方向：巖石動(dòng)態(tài)強(qiáng)度及斷裂韌度，E—mail：29081491l@qq．com。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2017年第2期甘肅水利水電技術(shù)第53卷
而增加。當(dāng)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(zhì)
3．1 土工袋拉伸性質(zhì)
筋材拉伸試驗(yàn)與土工織物拉伸試驗(yàn)基本相同，
采用防滑脫的專用夾具夾持。隨機(jī)抽取批樣材料，
每組不少于6樣本，每個(gè)樣本長(zhǎng)度至少能裁取
3個(gè)試樣。試樣制取后，用游標(biāo)卡尺測(cè)其原始寬
度、厚度，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)出筋材的抗拉強(qiáng)度
和延伸率。
土工袋拉伸試驗(yàn)如圖1所示，試驗(yàn)結(jié)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(yàn)過(guò)程
表1土工袋試樣拉伸強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率
從表1可知，土工袋平均縱向斷裂強(qiáng)力為
996．42 N，平均斷裂伸長(zhǎng)率為63．55％；橫向平均斷裂
強(qiáng)力為2 138．56 N，平均斷裂伸長(zhǎng)率為34．75％，符合
技術(shù)指標(biāo)要求。
3．2土工袋的腐蝕試驗(yàn)
土工袋需長(zhǎng)期與土壤接觸，而土壤水中具有一
定的酸堿度，使用過(guò)程中會(huì)受到一定程度的腐蝕。
為了測(cè)試筋材的抗腐蝕性，試驗(yàn)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(duì)被腐蝕之后的筋材進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，并與
未原始筋材抗拉強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證抗腐蝕效果。
試驗(yàn)中強(qiáng)酸選用硫酸，強(qiáng)堿選用氫氧化鈉，土工袋酸
堿腐蝕試驗(yàn)過(guò)程見圖2所示。
土工袋放入強(qiáng)酸溶液后，表面有氣泡產(chǎn)生，并不
易溶于溶液；放入強(qiáng)堿溶液中時(shí)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(yàn)過(guò)程同上，土工袋斷裂強(qiáng)度與斷裂伸
長(zhǎng)關(guān)系如圖3、4所示，試驗(yàn)結(jié)果見表2。
1)強(qiáng)酸浸泡
f2)強(qiáng)堿浸泡
圖2土工袋強(qiáng)酸強(qiáng)堿浸泡過(guò)程
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
第2期曹富：土工袋對(duì)邊坡防護(hù)影響試驗(yàn)研究
DISPIii]rn
圖3強(qiáng)酸浸泡后土工袋斷裂強(qiáng)度與伸長(zhǎng)率關(guān)系
第53卷
圖4強(qiáng)堿浸泡后土工袋斷裂強(qiáng)度與伸長(zhǎng)率關(guān)系
表2土工袋強(qiáng)酸強(qiáng)堿浸泡后拉伸試驗(yàn)
由表2可以看出土工袋在經(jīng)過(guò)強(qiáng)酸浸泡之后，
其斷裂強(qiáng)度有所下降，但仍符合技術(shù)指標(biāo)要求。伸
長(zhǎng)率變化不大；土工袋在經(jīng)過(guò)強(qiáng)堿浸泡之后，其斷裂
強(qiáng)度和伸長(zhǎng)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(yàn)方案
4．1 模型設(shè)計(jì)
邊坡模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)目的是驗(yàn)證石籠網(wǎng)或土工袋對(duì)
邊坡防護(hù)的加固效果。試驗(yàn)主要從兩個(gè)方面進(jìn)行：
(1)相同坡比(I：0．5)條件下，不支擋和土工袋
支擋結(jié)構(gòu)的室內(nèi)模型試驗(yàn)；
(2)土工袋支擋結(jié)構(gòu)在不同坡比(直坡、1：O．3、
i：0．5、1：0．75)條件下的室內(nèi)模型試驗(yàn)。
以第i種情況為例，室內(nèi)模型試驗(yàn)的設(shè)計(jì)圖如
圖5所示。模型高度均為100 cm，坡比選用現(xiàn)場(chǎng)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(cè)試天然土坡無(wú)支
護(hù)情況和土工袋支護(hù)情況下，出現(xiàn)貫通裂縫時(shí)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(hù)情況
圖5邊坡支護(hù)模型
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萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2017年第2期甘肅水利水電技術(shù)第53卷
4．2測(cè)試內(nèi)容及測(cè)試元件布設(shè)
本次模型試驗(yàn)中，測(cè)試內(nèi)容有：邊坡坡頂?shù)呢Q
向、水平位移及坡頂極限承載力。
測(cè)試元件有百分表、土壓力盒。
采用6只百分表測(cè)量3個(gè)模型槽坡頂豎向位
移，每個(gè)坡頂布設(shè)2只；6只百分表測(cè)量3個(gè)模型
槽的坡頂水平位移，每個(gè)模型坡頂和坡底各布設(shè)1
只。
3個(gè)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(cè)試邊坡不
同位置處，作用于支擋后的土壓力。
試驗(yàn)結(jié)構(gòu)如表3、4所列。
尸口口
Ⅶ 口口
k 口口
表3不同支護(hù)條件下模型試驗(yàn)結(jié)果
圖6土壓力盒分布圖
由以上結(jié)果可以看出：
(1)相同支護(hù)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(shuō)明坡度越大，土
坡越穩(wěn)定，但占地面積也會(huì)隨之增大，經(jīng)濟(jì)造價(jià)提高。
(2)由于土工袋支護(hù)為柔性支護(hù)，由所測(cè)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(dá)
到31．967 mm。為保證邊坡安全，建議在采用土工袋
支護(hù)時(shí)，坡比應(yīng)在1：0．3以下。
5結(jié)論
通過(guò)大量的室內(nèi)模型試驗(yàn)，對(duì)無(wú)支護(hù)和土工袋
支護(hù)兩種支護(hù)情況下邊坡加固效果進(jìn)行測(cè)試，對(duì)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(lái)分析土工袋支護(hù)形式對(duì)邊坡加固的
·18·
影響。結(jié)果表明：
(1)土工袋對(duì)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(dòng)性，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同
情況，可對(duì)工程邊坡采取以下幾種支護(hù)措施：①當(dāng)邊
坡坡度小于1：0．3時(shí)，建議采用土工袋支護(hù)；當(dāng)邊
坡坡度大于1：0．3時(shí)，可采用其它更加安全可靠的
支護(hù)形式。②根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和調(diào)研結(jié)果，若采用土工
袋支護(hù)，每級(jí)支護(hù)高度建議不超過(guò)3 m。
參考文獻(xiàn)：
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J1fl引14『引Il寸1
h
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2017年第2期甘肅水利水電技術(shù)第53卷
6試驗(yàn)結(jié)果分析
6．1 土樣物理性質(zhì)結(jié)果分析
從土樣物理性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)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(yàn)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(biāo)定名均為重粉質(zhì)黏土。
6．2土樣輕型、重型擊實(shí)比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析
從土樣輕型、重型擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果可以看出：重型
擊實(shí)的最大干密度比輕型擊實(shí)的提高了O．10～O．15
跏m3，重型擊實(shí)的最優(yōu)含水率比輕型擊實(shí)的降低
13％一2．4％，說(shuō)明重型擊實(shí)的試驗(yàn)參數(shù)比輕型擊實(shí)
都有很大幅度的提高。
6．3·土樣輕重型擊實(shí)后力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果分析
從表4和表5土樣輕重型擊實(shí)試驗(yàn)后的力學(xué)性
能指標(biāo)分析：重型擊實(shí)后的滲透系數(shù)都小于輕型擊
實(shí)后的滲透系數(shù)；重型擊實(shí)后的飽和、非飽和的固結(jié)
慢剪黏聚力均大于輕型擊實(shí)后的固結(jié)慢剪黏聚力；
重型擊實(shí)后的飽和、非飽和內(nèi)摩擦角都大于輕型擊
實(shí)后的；工程中一般采用100—200 kPa壓力區(qū)間內(nèi)
對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)土的壓縮性，重型擊實(shí)后的
飽和、非飽和壓縮變形系數(shù)都小于輕型擊實(shí)后的，按
照SL 237—1999((土工試驗(yàn)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(shí)后非飽和、飽
和壓縮模量都大于輕型擊實(shí)后的。
以上分析表明，土樣試樣物理性質(zhì)滿足大壩技
術(shù)指標(biāo)的情況下，輕重型擊實(shí)后的力學(xué)性質(zhì)有很大
的區(qū)別，雖然滲透系數(shù)均滿足作為筑壩土料時(shí)滲透
系數(shù)小于1 x 10。4的技術(shù)指標(biāo)要求，但重型擊實(shí)后
的滲透系數(shù)均小于輕型擊實(shí)后的，對(duì)大壩的防滲有
了更可靠的保障；非飽和、飽和的黏聚力、內(nèi)摩擦角
重型均大于輕型，抗剪強(qiáng)度、黏聚力高對(duì)壩坡的穩(wěn)
定很有利，壩坡角度相對(duì)增大，壩坡體積相應(yīng)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(jìn)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(shí)
性好；反之則土的壓縮系數(shù)大、壓縮模量小，密實(shí)度
低。
7結(jié)論
梁河水庫(kù)大壩壩體如果用重型擊實(shí)試驗(yàn)參數(shù)來(lái)
控制大壩碾壓施工質(zhì)量，可以使壩體更加穩(wěn)定和安
全，保證它能長(zhǎng)期安全運(yùn)用并充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益
和社會(huì)效益，故建議采用重型擊實(shí)試驗(yàn)的參數(shù)來(lái)控
制梁河水庫(kù)大壩的壓實(shí)度。
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