高速公路植草边坡根土相互作用的研究

论文摘要

植草护坡是生态护坡方式之一,它是以比较接近自然的方式去加固和稳定边坡以及坡面。但是由于植草种类的多样、根系分布的随机性、根系强度的多变性等复杂因素,植被根系的固土理论研究尚处于初步研究阶段。论文以香根草根系为研究对象,首先对其根系的形态分布做了研究,其次对香根草根系分别进行了三个试验,研究了根系的单根抗拉强度、根系与土的接触面特性以及根土复合体的强度特性。对于根系抗拉强度的研究,采用的试验仪器是摆锤式纸张抗张力试验机,试验对影响根系抗拉强度的主要因素进行了研究,主要因素包括根系的含水量、根径以及根系长度。试验结果表明:根系在风干一昼夜的情况下,抗拉强度最大;在根长相同的情况下,根系直径越大,强度越低;在根系直径大致相当的情况下,根系越长,强度越低。根土接触面特性的研究主要使用的仪器是应变控制式直剪仪,通过对素土和根土复合体的直剪试验,得出了根土复合体接触面的界面粘聚力、界面摩擦角、界面摩擦系数和摩擦系数比要比素土的大,这说明根系的存在,增加了根系与土之间的摩阻力,增大了土体的强度。采用应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪对根土复合体的强度特性进行研究,探讨了在不同含根量和含水量下根土复合体抗剪强度指标变化规律,研究了根土复合体的应力-应变关系和强度特性,并且比较了素土和含根土的强度特性,以及它们的变形破坏模式。论文最后对植被边坡中根系固土的力学效应进行分析,将深粗根系视为锚杆,将浅根系和周围土体看作是均匀介质,建立了有限元计算模型,分析了植被对边坡整体稳定性的影响,计算结果说明种植植被能够起到加固边坡的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 根土相互作用研究的现状
• 1.1.1 国外研究现状
• 1.1.2 国内研究现状
• 1.2 根土相互作用的研究
• 1.2.1 根系抗拉作用研究
• 1.2.2 根系加筋作用研究
• 1.2.3 根系锚固作用研究
• 1.3 研究内容与方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 2 根土复合体研究的力学基础
• 2.1 加筋理论
• 2.1.1 根土复合体的强度特性及破坏模式
• 2.1.2 根土复合体的根土相互作用理论
• 2.2 锚固理论
• 2.3 根系固土研究模型
• 2.3.1 须根固土理论模型
• 2.3.2 垂直根系根土相互作用力学模型
• 3 试验材料及研究方法
• 3.1 研究地区概况
• 3.2 香根草简介
• 3.3 研究方法
• 3.3.1 香根草根系抗拉试验研究方法
• 3.3.2 香根草根系与土的接触面特性试验
• 3.3.3 香根草根土复合体的三轴试验方法
• 4 香根草根系形态分布研究
• 5 香根草单根抗拉强度研究
• 5.1 根系抗拉强度分析
• 5.2 影响根系抗拉特性的主要因素
• 5.2.1 含水量
• 5.2.2 根径
• 5.2.3 根长
• 6 根系与土的接触面特性研究
• 7 根土复合体强度特性分析
• 7.1 应力应变分析
• 7.2 抗剪强度分析
• 7.3 土体的破坏形态
• 7.4 小结
• 8 根系固土的有限元分析
• 8.1 根土复合体有限元的计算模型
• 8.2 安全系数
• 8.3 算例分析
• 8.3.1 建模、网格划分与初始地应力场模拟
• 8.3.2 模拟成果分析
• 9 结论与讨论
• 9.1 主要结论
• 9.2 论文存在的不足
• 9.3 展望与建议
• 参考文献
• 致谢