高寒山區(qū)植物根系固化邊坡機(jī)理分析.pdf

1、我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模大，高速公路、鐵路進(jìn)入高寒山區(qū)，造成大量人工邊坡的形成，導(dǎo)致沿線本已脆弱的生態(tài)環(huán)境受到破壞，不利于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。植物護(hù)坡技術(shù)將穩(wěn)定邊坡和生態(tài)恢復(fù)有機(jī)地結(jié)合起來，通過其根系與巖土的相互作用對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)、加固，在滿足坡體整體穩(wěn)定的同時(shí)，恢復(fù)沿線的生態(tài)環(huán)境，是一種有效的生態(tài)護(hù)坡手段。
　　首先，論文從植物生物特性的護(hù)坡效應(yīng)和植物根系固坡的力學(xué)效應(yīng)兩方面對(duì)植物的護(hù)坡作用進(jìn)行闡述，分析了邊坡穩(wěn)定性的基本理論

2、、研究意義以及其影響因素，并介紹了兩種常用的邊坡穩(wěn)定性分析方法，即極限平衡法和有限單元法。
　　其次，論文通過離心試驗(yàn)的原理分析，確定了根系固坡模型的試件尺寸及制備材料，并針對(duì)植株間距及根系的不同入土深度，擬定出植株加固邊坡的8種工況，隨后開展各工況下離心試驗(yàn)，得到以下結(jié)論:
　　1)通過觀察離心模型試驗(yàn)過程中的坡體變形，發(fā)現(xiàn)素土邊坡的破壞具有突發(fā)性，而根系固坡邊坡破壞表現(xiàn)出一定的漸進(jìn)性，破壞狀態(tài)持續(xù)時(shí)間更長，破壞時(shí)的加速度

3、更大。由此說明，植物固坡邊坡能夠通過根系分布進(jìn)行應(yīng)力調(diào)整，使坡體各部分在受力和變形上形成統(tǒng)一整體。
　　2)通過觀察離心試驗(yàn)后關(guān)鍵點(diǎn)的位移情況，發(fā)現(xiàn)合理的植株間距對(duì)坡體關(guān)鍵點(diǎn)位移限制作用更大，說明優(yōu)化植株間距能夠有效拓展其根系在土體空間中的分布范圍，強(qiáng)化根與根、根與土之間的聯(lián)結(jié)。
　　3)通過觀察離心試驗(yàn)停機(jī)后關(guān)鍵點(diǎn)的位移情況，發(fā)現(xiàn)在素邊坡上植入更深根系的植株，其根系會(huì)發(fā)揮出更大的力學(xué)作用，從而限制坡體在豎直方向上的沉降以及

4、水平方向的位移，有效約束坡體變形和破壞。
　　第三，論文將有限元法引入植物固坡穩(wěn)定性分析中，構(gòu)建出植株根系簡化模型以及植樹邊坡有限元模型，在此基礎(chǔ)上以植株間距、植株數(shù)量及植株根系深度為變量進(jìn)行分析，采用有限元強(qiáng)度折減分析方法，計(jì)算出各條件下邊坡的安全系數(shù)以及與離心試驗(yàn)對(duì)應(yīng)工況邊坡關(guān)鍵點(diǎn)的位移。
　　最后，論文將離心模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)與有限元數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬結(jié)果具有良好的可靠性，同時(shí)得到了如下結(jié)論:
　　

5、1)植株間距過小，各根系在加筋及錨固區(qū)域易互相重疊，從而影響根段上拉力的發(fā)揮;植株間距過大，其淺層根系在地面以下難以互相聯(lián)系而共同抵抗下滑力。由此可見，合理的植株間距能夠有效提高邊坡安全系數(shù)。
　　2)邊坡栽種植株面積越大，加筋、錨固效果越明顯，邊坡安全系數(shù)也就越大。同時(shí)，不同數(shù)量植株的固坡效果也受到種植方向的影響。
　　3)理論上植株根系深度越深，對(duì)邊坡的安全系數(shù)增加越有效，但這種效果會(huì)受到根系加固位置所在塑性區(qū)域深度的影