植被固土护坡力学效应的试验研究与有限元分析

发布时间：2020-06-20 00:06

【摘要】：植被固土护坡效应主要表现在水文效应和力学效应两方面。其中水文效应包括植物茎干枝叶的降雨截留作用和削弱雨滴溅蚀作用,植物茎干枝叶及其腐殖质抑制地表径流作用;力学效应包括植被须状根系的加筋作用和主直根系的锚固作用等。本文以张家口地区公路生态边坡地质环境为背景,针对沙地柏护坡植被开展植被根系固土护坡的力学效应研究。主要从沙地柏根系加筋作用、根系力学特性、根土界面摩阻特性、沙地柏根系的锚固作用等方面开展试验和有限元研究。得出结论如下:1.通过三轴试验得出:在土体中掺入根系显著提高土体的抗剪强度,沙地柏须根对土体起到有效加筋作用。根系加筋作用主要通过提高土体黏聚力达到提高土体强度的目的,对内摩擦角的影响较小可以忽略,并且根土复合体黏聚力随土体含根密度的增大而增大;根土复合体黏聚力随含水率的增加而降低,通过数据拟合得出根土复合体黏聚力与含水率的对数值成反比;通过探究根土复合体黏聚力增量△c与根含量的关系,在库伦定律的基础上推导建立沙地柏根系加筋效应的抗剪强度公式。2.通过沙地柏根系的抗拉试验得出:沙地柏根系抗拉力与根直径呈正相关,近似为幂函数关系。3.通过沙地柏根系与土界面的直剪试验得出:随着沙地柏根系入土越深,根系与土体的摩阻力近似呈线性增大;在试验条件下沙地柏根系与土界面摩擦系数为0.589,沙地柏根系与土界面的黏聚力c为13.73kPa,界面内摩擦角为24.399°;推导表明种沙地柏根土界面在直剪试验条件下本构关系为双曲线关系。4.通过有限元软件模拟得出:地质分层是滑坡发生的重要条件;对比没有沙地柏根系的边坡,虽然有沙地柏根系边坡中沙地柏主根系深度没有触及到边坡的潜在滑动面,但是依然起到锚固的作用,边坡模型无论从滑动变形还是稳定系数均得到改善,沙地柏根系对边坡稳定具有一定的贡献价值;在强降雨条件下,边坡的滑动变形急剧增大,边坡稳定系数大幅下降。对比沙地柏根系的加固效果,水力作用在边坡稳定性中还是起主导作用;对比两种根系模型的固坡效果得出,沙地柏垂直坡面生长根系固坡效果要优于垂直地面生长根系的固坡效果,所以在护坡植物的选取中,不应只是考虑植被根系生长深度同时应考虑植被根系的发散程度。沙地柏植被根系密度大,生长角度广比较适于做为护坡植被的选择。
【学位授予单位】：河北建筑工程学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU43
【图文】：

图 4-1 沙地柏根系抗拉试验前Fig4-1 prior to Sabina vulgaris’root tensile test图 4-2 沙地柏根系抗拉试验后Fig4-2 after Sabina vulgaris’root tensile test经统计筛选试验数据如下表 4-1：表 4-1 沙地柏根系抗拉试验数据表Table 4-1 Sabina vulgaris’root tensile test data

图 4-1 沙地柏根系抗拉试验前Fig4-1 prior to Sabina vulgaris’root tensile test图 4-2 沙地柏根系抗拉试验后Fig4-2 after Sabina vulgaris’root tensile test经统计筛选试验数据如下表 4-1：表 4-1 沙地柏根系抗拉试验数据表Table 4-1 Sabina vulgaris’root tensile test data

【参考文献】

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本文编号：2721546