干湿循环作用下草本植物对边坡稳定性的影响

发布时间：2017-07-29 14:33

  本文关键词：干湿循环作用下草本植物对边坡稳定性的影响

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【摘要】：植被护坡是一种新型的护坡方式,通过在坡面种植植物使边坡既能满足稳定性的要求,又能满足景观的绿化要求,是很多边坡防治灾害和治理水土流失的首选方法。然而植物的根系可能会增大土体的渗透性,在降雨条件下使得坡体内孔隙水压力升高,从而降低土体的抗剪强度。植被的加筋作用会增强土体的强度,而其优势流作用会降低土体强度,到底哪种效应占主导地位目前尚无定论。本文分别从根系对土体渗透性能的影响、根系对土体强度性能的影响和在综合考虑两个方面影响的前提下对边坡稳定性的影响这三个方面开展以下内容的研究:通过现场试验研究了根系对土体渗透性能的影响。在室外建立了三种不同植被覆盖的区域,三种覆盖区在经历一年半自然状态下降雨和蒸发的干湿循环之后开始进行监测,监测内容为土体表面以下5 cm、30 cm、50 cm三个深度处含水量和基质吸力的变化情况。通过对比相同深度不同覆盖区的水分运移情况得出,土体浅层受天气影响明显,在高强度降雨和蒸发时香根草覆盖区的水分运移速度最快,狗牙根草覆盖区运移速度最慢;30 cm深度处香根草覆盖区的渗透和蒸发最快,狗牙根草覆盖区在30 cm深度处几乎不受天气影响;只有香根草覆盖区可以影响到50 cm深度处。利用瞬态剖面法计算了三个区域的非饱和渗透系数,得出香根草覆盖层的非饱和渗透系数最大,狗牙根草覆盖层的非饱和渗透系数最小的结论。通过三轴试验研究了根系对土体强度性能的影响。利用自制的取土器获取室外含根系土体做三轴剪切试验,随着剪切过程的进行,主应力差逐渐增大,呈现应变硬化现象,并最终趋于稳定。无论是含根土、含裂隙土还是重塑土都符合摩尔库仑强度准则。根系的存在可以增强土体的有效粘聚力,增长率达24.36%-118.49%,且香根草对土体的加筋效果明显优于狗牙根草。结合上述现场试验和三轴试验结果,通过数值模拟评价了生态边坡的稳定性。同时考虑植被的渗透效应和加筋效应研究不同坡度下经过干湿循环后香根草覆盖、狗牙根草覆盖、无植被含裂隙和无植被无裂隙边坡的稳定性。结论显示种植香根草边坡的安全系数远高于另外三种边坡,另外三种边坡区别不明显。在暴雨作用下,种植香根草边坡孔隙水压力上升的最快,另外三种边坡变化的非常小。虽然种植香根草边坡对降雨最敏感,但暴雨100 h后安全系数仍为最高。最后评价了生态边坡的长期稳定性,四种边坡最安全的是种植香根草边坡,种植狗牙根草边坡和无植被无裂隙边坡二者相当,最危险的是无植被含裂隙边坡。
【关键词】：植被 生态边坡 加筋效应 渗流 边坡稳定性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU43
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题研究的目的和意义11-12
• 1.2 本课题的国内外研究现状及分析12-16
• 1.2.1 植物根系护坡效应的研究现状12-14
• 1.2.2 植物根系对土体渗透性能影响的研究现状14
• 1.2.3 植物根系对土体抗剪性能影响的研究现状14-16
• 1.2.4 国内外文献综述简析16
• 1.3 本文主要研究内容16-18
• 第2章 含根系土体的渗透性能18-54
• 2.1 引言18
• 2.2 试验用土18
• 2.3 试验场地介绍18-20
• 2.4 监测系统20-30
• 2.4.1 Pt100温度传感器21-23
• 2.4.2 高量程张力计23-27
• 2.4.3 EC-5 含水量传感器27-28
• 2.4.4 普通量程张力计28-29
• 2.4.5 数据采集模块29-30
• 2.5 监测结果分析30-52
• 2.5.1 监测期间气候条件30
• 2.5.2 监测结果30-49
• 2.5.3 植被对渗透性能的影响49-52
• 2.6 本章小结52-54
• 第3章 含根系土体的力学性能54-73
• 3.1 引言54
• 3.2 试验概述54-60
• 3.2.1 试验仪器54-55
• 3.2.2 试验设计55-56
• 3.2.3 现场取样56-57
• 3.2.4 试验步骤57-60
• 3.3 结果分析60-67
• 3.3.1 室内重塑土试验结果60-62
• 3.3.2 含香根草土体试验结果62-64
• 3.3.3 含狗牙根草土体试验结果64-66
• 3.3.4 含裂隙无根系土体试验结果66-67
• 3.4 各组试验结果对比及分析67-71
• 3.4.1 主应力差与轴向应变关系的对比分析67-68
• 3.4.2 破坏荷载的对比分析68-70
• 3.4.3 抗剪强度参数的对比分析70-71
• 3.5 根系参数统计71-72
• 3.6 本章小结72-73
• 第4章 生态边坡稳定性分析73-102
• 4.1 引言73
• 4.2 边坡模型的建立73-80
• 4.2.1 材料参数73-78
• 4.2.2 工况和尺寸的确定78
• 4.2.3 边界条件的确定78-79
• 4.2.4 安全系数的计算方法79-80
• 4.3 稳定性分析80-91
• 4.3.1 坡度为 1:1 边坡的稳定性分析80-89
• 4.3.2 坡度为 1:2 边坡的稳定性分析89-91
• 4.3.3 坡度为 1:3 边坡的稳定性分析91
• 4.4 生态边坡长期稳定性分析91-100
• 4.4.1 气候条件91-94
• 4.4.2 无植被无裂隙边坡94-95
• 4.4.3 无植被含裂隙边坡95-97
• 4.4.4 种植狗牙根草边坡97-98
• 4.4.5 种植香根草边坡98-100
• 4.5 本章小结100-102
• 结论102-104
• 参考文献104-111
• 致谢111

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本文编号：589654