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土工袋对边坡防护影响试验研究

文档作者：曹富1,2 文档来源： 1．四川大学水利水电学院 2．水力学与山区河流开发保护国家重点实验		点击数：	更新时间： 2025年03月03日
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第53卷第2期
2017年2月
甘肃水利水电技术
GANSU WATER砌隅oURCESANDHYDROPOW勰TECHNOLOGY
V01．53，No．2
Feb．，2017
·设计与研究·
土工袋对边坡防护影响试验研究
曹富1,2
(1．四川大学水利水电学院，四川成都610065；
2．水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川成都610065)
摘要：采用室内模型试验的原理和方法，研究土工袋技术对容易出现边坡失稳地区的防护作用，试验变量是土工袋的
有无和边坡不同坡比条件，通过对比分析不同情况下的极限破坏压力、水平竖向位移和边坡破坏形式等，来说明土工
袋支护形式对边坡加，固的影响。结果表明：土工袋对于易滑坡施工地区的边坡具有较好的支挡效果；采用土工袋支护
建议边坡坡度小于l：o．3，且坡度越缓，加固效果越好；根据试验结果和调研结果，若采用土工袋支护，每级支护高摩建
议不超过3 m。
关键词：边坡失稳；模型试验；土工袋；支护
中图分类号：TU472 文献标志码：A 文章编号：2095—0144(2017)02—0015—04
1 前言
近年来，随着国民经济的快速发展，各种边坡支
护工程项目如雨后春笋般呈现。在国家“西部大开
发”和“一带一路”的大政策下，为了促进地区经济快
速发展，保障日益增长的需求的前提下，我国西部山
区公路工程、油气田工程及铁路工程等越来越多，在
施工及使用期间的安全问题也引起人们的高度重
视，边坡失稳导致的滑坡问题在其中出现的频率颇
高。因此，需要对其防治对策进行研究。边坡的工程
地质条件是客观存在的，人们可以认识、改造它，但
不能改变它。在工程地质情况基本搞清楚之后，对
于如何加强对边坡的保护，保持边坡的完整和安全，
是易发生边坡失稳地区中一项重大的工作，稍有不
慎，轻则花费成千上万元的清理加固费用；重则修改
设计，影响采场当前和长远的生产，并造成安全隐
患。
边坡防护是现场工程的一项必须认真对待、技
术要求又十分严格的工作。从施工过程分析，土方
的开挖是影响边坡以稳定的最大因素之一，在开挖
和边坡防护之间，要科学地结合而不能偏废，否则将
会过分限制开挖而妨碍工程的进度发展。
从现场调研情况来看，对于工程现场边坡的处
理大多数采用重力式(条石)挡墙。但采用重力式条
石挡墙往往存在以下弊端：
(1)天然条石断面不平整，使用时需要加工砌
筑，使工程成本增加；
(2)重力式条石挡墙由于刚度较大，当坡后土体
发生变化时，容易由于水平位移过大而发生坍塌。
因此，重力式条石挡墙不适用于所有工程。
2边坡用土的工程特性
试验用土为红层土，而红层主要指侏罗纪到新
近纪的陆相碎屑岩系，因其富含铁氧化物而呈褐红
色或棕红色，故得名红层。红层土在我国尤其是西南
地区分布十分广泛，且易破碎、强度低、遇水后易崩
解与软化，为此国内外很多学者对各个地方的红层
土的地质历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、佩克从岩土裂隙构造角
度提出气致崩溃力学来解释红层的崩解特征。．
红层土呈现高分散性，黏粒含量高，由于团粒结
构在形成过程中造成的总的空隙体积大，因此孔隙
比常大于1．0。红层土无湿陷性，虽孔隙大但是压缩
性小，力学性能好。红层土的饱和度大多在90％以
上，天然含水量往往高于最优含水量，这使红层土成
为二相体系，所以红层土湿度的指标同时也反映了
土的密实度状态。在天然竖向剖面表面呈坚硬或硬
塑状态，向下逐渐变软，土的含水率及孔隙比随深度
收稿日期：2017-02—06
作者简介：曹富(1990一)，男，四川内江人，硕士，研究方向：岩石动态强度及断裂韧度，E—mail：29081491l@qq．com。
万方数据
2017年第2期甘肃水利水电技术第53卷
而增加。当失水后，土体发生收缩土体中呈现出裂
缝，接近地表的裂缝呈现竖向开口状，往深处逐渐减
弱，呈网状微裂隙而闭合，吸水后具有一定膨胀性。
3土工袋性质
3．1 土工袋拉伸性质
筋材拉伸试验与土工织物拉伸试验基本相同，
采用防滑脱的专用夹具夹持。随机抽取批样材料，
每组不少于6样本，每个样本长度至少能裁取
3个试样。试样制取后，用游标卡尺测其原始宽
度、厚度，进行拉伸试验，测出筋材的抗拉强度
和延伸率。
土工袋拉伸试验如图1所示，试验结果见表1。
(1)制样(2)拉伸(3)纵向拉伸破坏
图1土工袋拉伸试验过程
表1土工袋试样拉伸强度及伸长率
从表1可知，土工袋平均纵向断裂强力为
996．42 N，平均断裂伸长率为63．55％；横向平均断裂
强力为2 138．56 N，平均断裂伸长率为34．75％，符合
技术指标要求。
3．2土工袋的腐蚀试验
土工袋需长期与土壤接触，而土壤水中具有一
定的酸碱度，使用过程中会受到一定程度的腐蚀。
为了测试筋材的抗腐蚀性，试验室用与土壤酸、碱度
相仿的溶液浸泡土工袋72 h，观察其被腐蚀后表观
变化；然后对被腐蚀之后的筋材进行拉伸试验，并与
未原始筋材抗拉强度进行对比，以验证抗腐蚀效果。
试验中强酸选用硫酸，强碱选用氢氧化钠，土工袋酸
碱腐蚀试验过程见图2所示。
土工袋放入强酸溶液后，表面有气泡产生，并不
易溶于溶液；放入强碱溶液中时表面除了有气泡产
生，溶液有稍稍变红，也不易溶于溶液。浸泡之后土
工袋拉伸试验过程同上，土工袋断裂强度与断裂伸
长关系如图3、4所示，试验结果见表2。
1)强酸浸泡
f2)强碱浸泡
图2土工袋强酸强碱浸泡过程
万方数据
第2期曹富：土工袋对边坡防护影响试验研究
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图3强酸浸泡后土工袋断裂强度与伸长率关系
第53卷
图4强碱浸泡后土工袋断裂强度与伸长率关系
表2土工袋强酸强碱浸泡后拉伸试验
由表2可以看出土工袋在经过强酸浸泡之后，
其断裂强度有所下降，但仍符合技术指标要求。伸
长率变化不大；土工袋在经过强碱浸泡之后，其断裂
强度和伸长率与未腐蚀之前基本相同由此可见，土
工袋的抗碱性要优于抗酸性，但均满足抗腐蚀性要
求。
4试验方案
4．1 模型设计
边坡模型试验设计目的是验证石笼网或土工袋对
边坡防护的加固效果。试验主要从两个方面进行：
(1)相同坡比(I：0．5)条件下，不支挡和土工袋
支挡结构的室内模型试验；
(2)土工袋支挡结构在不同坡比(直坡、1：O．3、
i：0．5、1：0．75)条件下的室内模型试验。
以第i种情况为例，室内模型试验的设计图如
图5所示。模型高度均为100 cm，坡比选用现场常
见坡比1：0．5，统一在墙体后加载，加载体宽度为
20 cm。在不同坡比条件下，分别测试天然土坡无支
护情况和土工袋支护情况下，出现贯通裂缝时最大
荷载以及竖向、水平位移及不同位置处土压力大
小。
95
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(2)土T袋支护情况
图5边坡支护模型
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万方数据
2017年第2期甘肃水利水电技术第53卷
4．2测试内容及测试元件布设
本次模型试验中，测试内容有：边坡坡顶的竖
向、水平位移及坡顶极限承载力。
测试元件有百分表、土压力盒。
采用6只百分表测量3个模型槽坡顶竖向位
移，每个坡顶布设2只；6只百分表测量3个模型
槽的坡顶水平位移，每个模型坡顶和坡底各布设1
只。
3个模型一共使用27只土压力盒，每间隔30
em平行放置3只土压力盒(图6)，用于测试边坡不
同位置处，作用于支挡后的土压力。
试验结构如表3、4所列。
尸口口
Ⅶ 口口
k 口口
表3不同支护条件下模型试验结果
图6土压力盒分布图
由以上结果可以看出：
(1)相同支护条件下，随着坡度变缓，破坏压力增
大，破裂面距离坡顶的距离不断增加，说明坡度越大，土
坡越稳定，但占地面积也会随之增大，经济造价提高。
(2)由于土工袋支护为柔性支护，由所测数据显
示可知，其坡顶水平位移较大，尤其是直坡条件下达
到31．967 mm。为保证边坡安全，建议在采用土工袋
支护时，坡比应在1：0．3以下。
5结论
通过大量的室内模型试验，对无支护和土工袋
支护两种支护情况下边坡加固效果进行测试，对比
了不同情况下的极限破坏压力、水平竖向位移和边
坡破坏形式，来分析土工袋支护形式对边坡加固的
·18·
影响。结果表明：
(1)土工袋对于川渝地区边坡支挡均具有较好支
挡效果，在不同坡比条件下，坡度越缓，加固效果越好。
(2)由于工程有一定的流动性，根据现场不同
情况，可对工程边坡采取以下几种支护措施：①当边
坡坡度小于1：0．3时，建议采用土工袋支护；当边
坡坡度大于1：0．3时，可采用其它更加安全可靠的
支护形式。②根据试验结果和调研结果，若采用土工
袋支护，每级支护高度建议不超过3 m。
参考文献：
[1]刘斯宏，汪易森．土工袋加固地基原理及其工程应用[J]岩
土工程技术，2007，21(5)：221—225．
[2]刘斯宏，汪易森．土工袋技术及其应用(下转第46页)
J1fl引14『引Il寸1
h
万方数据
2017年第2期甘肃水利水电技术第53卷
6试验结果分析
6．1 土样物理性质结果分析
从土样物理性质试验结果可以看出：液限为
33．9％～35．3％，均小于50％，塑性指数为12．5％～
14,0％，均大于10％，按液限和塑性指数分类均为
低液限黏土；颗粒分析试验中，砂粒含量为0．3％
～7．8％，平均值2。4％；粉粒含量为69．2％～
74．1％，平均值72．6％；黏粒含量为23．O％～
27：1％，平均值25．0％。土样中以粉粒为主，黏粒、砂
粒次之。按SL 251—2015((水利水电工程天然建筑材
料勘察规程》中三角坐标定名均为重粉质黏土。
6．2土样轻型、重型击实比对试验结果分析
从土样轻型、重型击实试验结果可以看出：重型
击实的最大干密度比轻型击实的提高了O．10～O．15
跏m3，重型击实的最优含水率比轻型击实的降低
13％一2．4％，说明重型击实的试验参数比轻型击实
都有很大幅度的提高。
6．3·土样轻重型击实后力学试验结果分析
从表4和表5土样轻重型击实试验后的力学性
能指标分析：重型击实后的渗透系数都小于轻型击
实后的渗透系数；重型击实后的饱和、非饱和的固结
慢剪黏聚力均大于轻型击实后的固结慢剪黏聚力；
重型击实后的饱和、非饱和内摩擦角都大于轻型击
实后的；工程中一般采用100—200 kPa压力区间内
对应的压缩系数来评价土的压缩性，重型击实后的
饱和、非饱和压缩变形系数都小于轻型击实后的，按
照SL 237—1999((土工试验规程》中规定：0．1 MPa≤
口，之<0．5 MPa属中压缩性土；重型击实后非饱和、饱
和压缩模量都大于轻型击实后的。
以上分析表明，土样试样物理性质满足大坝技
术指标的情况下，轻重型击实后的力学性质有很大
的区别，虽然渗透系数均满足作为筑坝土料时渗透
系数小于1 x 10。4的技术指标要求，但重型击实后
的渗透系数均小于轻型击实后的，对大坝的防渗有
了更可靠的保障；非饱和、饱和的黏聚力、内摩擦角
重型均大于轻型，抗剪强度、黏聚力高对坝坡的稳
定很有利，坝坡角度相对增大，坝坡体积相应减小，
使用土料量减少。反之，如果土料量增大，填筑施工
容易受雨水影响不利于加快施工进度；非饱和、饱
和压缩变形系数重型的小于轻型的、压缩模量重型
的大于轻型的，压缩系数0；1-2I>0．5 MPa属高压缩性
土。压缩系数小，压缩模量大，土的压缩性低，密实
性好；反之则土的压缩系数大、压缩模量小，密实度
低。
7结论
梁河水库大坝坝体如果用重型击实试验参数来
控制大坝碾压施工质量，可以使坝体更加稳定和安
全，保证它能长期安全运用并充分发挥其经济效益
和社会效益，故建议采用重型击实试验的参数来控
制梁河水库大坝的压实度。
参考文献：
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