灌草混交根系提高高速公路边坡残余抗剪强度研究

发布时间：2020-07-03 19:54

【摘要】：随着公路交通事业的快速发展,在复杂地形下修建高速公路的情况日益增多,高填深挖不可避免,边坡坡体易发生应力重分配而出现失稳现象,不利于高速公路的行车安全。开展高速公路典型护坡植物的力学特性研究对于边坡稳定性及护坡植物的选择与配置具有重要的意义。灌草结合的植物护坡模式可有效提高高速公路边坡的稳定性。本文依托国家林业局948项目“深路堑边坡景观恢复关键技术引进”(项目编号为2015-4-38)和大岳高速第八合同段实体工程,以选取的草本植物狗牙根和灌木多花木兰、刺槐所组成的灌草混交根系为研究对象,通过对根土复合体进行直剪试验、三轴剪切试验,研究了干密度、根系径级、布根方式、预剪面角度等影响因素对灌草混交根系提高土体残余抗剪强度的影响效果。通过ABAQUS软件采用强度折减法分析了不同影响因素下边坡安全系数的变化规律。研究工作的主要创新成果如下:1.通过对灌草混交根系根土复合体进行室内反复直剪试验研究发现,对于本试验土体,根系在垂直荷载为50kpa,即对埋深为2.8m范围内的土体固土效果最优;在相同剪切位移下,剪切速率增大,土的残余剪应力也相应增大。在剪切速率≤0.16mm/min时,剪切位移达到32mm时可得到土体稳定的残余强度值。2.在相同试验条件下,土体的残余强度指标随根系直径的增大先增后减。在根系径级为代表根,即刺槐1.3mm-1.6mm,多花木兰为0.8mm-1.2mm,狗牙根为0.4mm-0.6mm时灌草混交根系的固土效果最好。3.通过对灌草混交根系根土复合体进行室内三轴剪切试验研究发现预剪面角度为45°时,素土试样在轴向应变小于等于5%时发生弹塑性变形,根土复合体试样在轴向应变小于8%时发生弹塑性变形;预剪面角度为60°时与土体的破裂角相近,土体呈强软化型破坏。根系的存在可使土体增加局部变形阶段,使土体由在轴向应变为9%发生脆性破坏延缓到13%。4.根据试验所得数据,通过强度折减法对边坡进行有限元分析,研究发现采用ABAQUS计算安全系数对边坡稳定性进行分析的方法较可行,当以塑性区贯通或特征部位的位移拐点作为判据时更偏于安全与合理。5.相同试验条件下,90° +45°组合布根的方式可将边坡的安全系数提高40.44%;当根系径级为代表根径级时,边坡的安全系数相较于素土提高了 18.04%;在预剪面为60°较接近于土体破裂面时,灌草混交根系的存在使边坡安全系数提高了 15.68%。
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U416.14
【图文】：

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灌草混交根系提高高速公路边坡残余抗剪强度研究逡逑后，启动反向开关将剪切盒推回原处，一般当强度达到峰值后，继续剪切２５－５０ｍｍ逡逑可降低至稳定值。剪应力与位移关系曲线如图１．２所示。左巍然１５１１等采用南京上逡逑工试验仪器厂生产的应变控制式直剪仪对宁明灰白色膨胀土进行残余强度试验，逡逑发现原状土、击实土、静压土之间的峰值强度虽相差较大，但是残余强度值非常逡逑接近，从而验证了采用重塑试样验证土体残余强度的可行性。逡逑＾邋６逡逑图１．】反复直剪仪原理图逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｓｔｒａｉｎ邋ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ邋ｄｉｒｅｃｔ邋ｓｈｅａｒ邋ａｐｐａｒａｔｕｓ逡逑１邋一垂直变形百分表；２—加压框架；３—试样；４一连接杆；５—推动轴；６—剪切盒；７—限逡逑制连接盒；８—测力计；逡逑８０逦第１次荷切逡逑－６0邋ｔ——第３次狩切一第４次剪切：逡逑＠逦—Ｉ逦ｒ￣］—逡逑Ｓ邋２０逦逦１逦逡逑０２逦４６逦８邋２邋４逦６邋８逦２邋４邋６逦８２逦４邋６邋８逡逑位移（ｍｍ邋）逡逑图１．２剪应力与位移关系曲线逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｒｅｌａｔｉｏｎ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｓｈｅａｒ邋ｓｔｒｅｓｓ邋ａｎｄ邋ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ逡逑反复直剪试验是应用较为广泛的测定土体残余强度的方法，该方法制样简逡逑单，采用常规的直剪仪进行试验，操作方便灵活。但是该方法存在一定的不足之逡逑处。主要体现在：水平剪切位移有限，试样不能在同一方向上有较大的连续变形，逡逑不能完全达到土工试验标准中对残余强度稳定值的基本要求，即剪切面上的颗粒逡逑充分定向排列；试验在剪切过程中剪切面积不断变化

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【参考文献】