裂隙岩体植物根劈作用机理研究

发布时间：2017-05-03 23:05

  本文关键词：裂隙岩体植物根劈作用机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：裂隙岩体在植物根系的根劈作用下,岩体将发生一定程度的损伤断裂破坏,而岩体的破坏程度决定了岩体强度、变形及其稳定性,通常会诱发落石、崩塌以及滑坡等地质灾害。本文通过研究根劈作用对岩体裂隙破坏的影响因素及破坏作用机理进行分析,同时对重庆地区典型的三类岩性岩体进行根劈作用数值模拟,主要得出以下结论:1)影响裂隙岩体内植物根劈作用对周围岩体产生破坏作用的因素有很多,分析植物根系的根劈作用,可将影响植物根系根劈作用的诸多因素归纳为三方面:岩体自身特性、植物根系自身特性以及植物根系与岩体所处环境。植物根系根劈作用通过不断增大的根系膨胀作用力以及逐渐减小的岩体裂隙体积两方面对裂隙岩体造成破化作用,而根系处于岩体的不同位置也将造成不同程度的破坏。越靠近岩体边界处的根系造成的岩体破坏程度越大,而位于岩体中部的裂隙在根系作用下的破坏程度较小。2)植物根劈作用机理主要分为两个阶段:裂纹尖端钝化张开阶段和裂纹尖端失稳扩展阶段,其中裂纹钝化张开阶段可分为线弹性变形及弹塑性变形两个过程。裂纹尖端失稳破坏是植物根系扩展岩体的根本原因。同时给出裂隙岩体在根劈作用下发生线弹性变形及弹塑性变形时的判断依据,同时给出根系膨胀作用力计算公式及裂隙岩体扩展能量计算公式。其中,裂隙岩体内的植物根系膨胀力主要与岩体自身属性、根系的扎入深度以及根径尺寸有关。算例分析中,岩体断裂韧度为1.22MPa·m?,相对应的根系膨胀力临界值为0.96MPa,而实际根系膨胀力为0.87MPa,岩体在此阶段并未发生断裂。3)通过对重庆地区典型的三种不同岩性进行数值模拟,发现在根系作用力下,裂纹会产生两个应力集中区:裂纹尖端及裂纹接近地表处,因此这两个区域会形成塑性变形区。而根系作用下裂纹产生的位移分布规律相同:裂纹面处接近地表的位移要比裂纹尖端处大,且接近地表处0.05m范围内的位移变化速率增大;裂纹周围产生的位移越接近地表处影响范围越大。其中,相同作用力作用下泥岩产生的位移最大,砂岩次之,石灰岩最小。
【关键词】：裂隙岩体 植物根劈 裂纹尖端 线弹性变形 弹塑性变形
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 论文研究的目的和意义9-12
• 1.2 国内外岩体内植物根系研究现状12-14
• 1.2.1 植物根系研究现状13
• 1.2.2 植物根系固土作用研究现状13-14
• 1.3 国内外岩体风化作用研究现状14-17
• 1.3.1 水—岩体风化作用研究现状14-16
• 1.3.2 微生物—岩体风化作用研究现状16-17
• 1.3.3 植物根系—岩体风化作用研究现状17
• 1.4 国内外裂隙岩体研究现状17-21
• 1.4.1 岩体断裂力学理论17-19
• 1.4.2 国内外裂隙岩体研究现状19-21
• 1.5 本文研究内容及技术路线21-23
• 第二章 岩土体内植物根系力学效应23-35
• 2.1 植物根系形态23-26
• 2.1.1 须根系植物24
• 2.1.2 直根系植物24-25
• 2.1.3 根系根构型25-26
• 2.2 植物根系与岩土体相互作用26-27
• 2.2.1 植物根系稳固岩土体26-27
• 2.2.2 植物根系破坏岩体27
• 2.3 植物根系稳固岩土体力学效应27-33
• 2.3.1 植物根系加筋力学效应27-30
• 2.3.2 植物根系锚固力学效应30-32
• 2.3.3 植物根系支撑力学效应32-33
• 2.3.4 植物根系的斜向牵引效应33
• 2.4 本章小结33-35
• 第三章 裂隙岩体内植物根劈作用机理研究35-51
• 3.1 植物根系破坏作用35-36
• 3.2 裂隙岩体植物根劈作用影响因素36-40
• 3.2.1 岩体自身特性37-38
• 3.2.2 植物根系自身特性38-39
• 3.2.3 植物根系所处环境39-40
• 3.3 植物根系根劈作用机理分析40-43
• 3.3.1 单根根劈作用机理40-43
• 3.3.2 多根根劈作用机理43
• 3.4 裂隙岩体内裂纹尖端强度因子计算43-46
• 3.4.1 裂隙岩体植物根劈力学模型43-45
• 3.4.2 裂隙岩体内裂纹尖端应力强度因子45
• 3.4.3 裂隙岩体内植物根系膨胀作用力45-46
• 3.5 裂隙岩体内裂纹尖端张开位移COD计算公式46-48
• 3.6 根系膨胀力作用下岩体裂隙扩展能量计算48-49
• 3.7 算例分析49-50
• 3.8 本章小结50-51
• 第四章 裂隙岩体内植物根劈作用数值模拟51-87
• 4.1 裂隙岩体内植物根劈作用计算模型51-53
• 4.1.1 裂隙岩体模型建立51-52
• 4.1.2 裂隙岩体参数选取52
• 4.1.3 裂隙岩体根劈作用模拟工况52-53
• 4.2 不同根系膨胀力作用下相同岩性的断裂模拟结果分析53-84
• 4.2.1 砂岩植物根劈作用断裂模拟结果分析53-64
• 4.2.2 泥岩植物根劈作用断裂模拟结果分析64-74
• 4.2.3 石灰岩植物根劈作用断裂模拟结果分析74-84
• 4.3 相同根系膨胀力作用下不同岩性的断裂模拟84-85
• 4.4 本章小结85-87
• 第五章 结论与建议87-89
• 5.1 结论87-88
• 5.2 建议88-89
• 致谢89-91
• 参考文献91-97
• 附录：在学期间发表的论文和取得的学术成果97

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