寒旱环境灌木植物根–土复合体强度模型试验研究

 在自行设计、加工的原位剪切试验装置中分别种植灌木植物霸王和柠条锦鸡儿,通过对2种坡度的素土、霸王根–土复合体和柠条锦鸡儿根–土复合体进行原位剪切试验,测得素土和根–土复合体抗剪力、抗剪强度的动态变化,评价灌木植物护坡的时间效应,并采用室内直剪试验方法检验原位剪切试验结果的合理性。试验得出以下结论：(1) 根–土复合体的抗剪力和抗剪强度均大于同种坡度的素土,即植物根系可显著提高边坡土体的抗剪能力,且霸王根–土复合体抗剪力和抗剪强度主要体现在剪切面处断裂根系的抗拉或抗剪作用、拔出根系的根–土摩擦力及滑移根系的锚固、摩擦作用,柠条锦鸡儿根–土复合体主要体现在根系的锚固和根–土摩擦作用,同时,素土和灌木根–土复合体的抗剪力和抗剪强度随着坡度的增加而减小;(2) 素土的剪切力在3 s左右达到峰值,而根–土复合体的剪切力峰值时间为69.8～168.2 s;素土试样在剪切位移为1 mm内抗剪强度均达到峰值,而剪切位移为23.13～83.13 mm时霸王根–土复合体和柠条锦鸡儿根–土复合体抗剪强度达到峰值,即根–土复合体的剪切力峰值时间、抗剪强度峰值位移均较素土相对滞后,这反映了在剪切过程中根系的抗拉能力、根–土界面的摩擦作用逐步转化为根–土复合体的抗剪能力,从而延缓坡面变形破坏的时间;(3) 为了验证原位剪切试验结果的准确性,对素土和灌木根–土复合体进行室内直剪试验,其抗剪强度值与原位剪切试验值接近,反映原位剪切试验及其结果的合理性。上述研究成果对于开展研究区西宁盆地及其周边地区坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害的防治,以及对青藏高原东北部黄土地区边坡生态工程建设、区域生态环境保护具有重要的理论指导价值和现实意义。     

寒旱环境灌木植物根–土相互作用 及其护坡力学效应

 通过在试验区将4种护坡灌木植物种植在PVC管内,分别对土体、4种灌木根–土复合体试样做直接剪切试验,对比非含根土体与4种灌木含根系土体抗剪强度指标,评价试验区生长时间为1 a灌木根系的护坡力学效应;通过对比4种灌木根–土复合体抗剪强度,评价生长时间为1 a的4种灌木根–土复合体的护坡力学强度增强效应。试验结果表明：(1) 4种灌木根–土复合体当其含根量、含水量一定时,抗剪强度随垂直压力的增大而呈线性增大,表明试验区灌木根–土复合体抗剪强度与剪切面上的法向压力成正比,且符合库仑定律;(2) 4种灌木根–土复合体的黏聚力显著大于素土的黏聚力,而内摩擦角 的变化不显著;(3) 四翅滨藜、柠条锦鸡儿、霸王、白刺灌木根–土复合体的黏聚力与素土相比,其增长幅度分别是76.3%,62.7%,45.8%,22.0%。试验区灌木根–土复合体剪应力与剪切位移关系反映出灌木根–土复合体受剪力作用开始段近似线性,接近剪破时呈圆滑曲线,达到剪破后近似为水平线,灌木根–土复合体剪应力随着垂直压力的增大而呈显著增加趋势;剪应力的增大开始阶段基本呈线性,接近剪破时呈非线性。根据试验区4种灌木植物根–土复合体强度,它们的护坡贡献按由大至小分别是：四翅滨藜、柠条锦鸡儿、霸王、白刺。     

边坡岩土体抗剪强度原位试验研究

针对碟子沟风井场地边坡特征,在边坡典型位置的岩石与土层界面和软弱泥岩夹层处分别进行了原位剪切试验,获得了相应的抗剪强度指标。通过与滑带土相同工况下的室内试验强度指标对比,发现室内试验指标较原位剪切试验获得的内聚力和内摩擦角低,并分析了室内外试验结果差异的原因。试验研究表明,边坡岩土体的大型原位剪切试验对边坡稳定性分析和工程治理优化具有重要价值。     

寒旱环境灌木植物根-土相互作用及其护坡力学效应

通过在试验区将4种护坡灌木植物种植在PVC管内,分别对土体、4种灌木根-土复合体试样做直接剪切试验,对比非含根土体与4种灌木含根系土体抗剪强度指标,评价试验区生长时间为1a灌木根系的护坡力学效应;通过对比4种灌木根-土复合体抗剪强度,评价生长时间为1a的4种灌木根-土复合体的护坡力学强度增强效应.试验结果表明:(1)4种灌木根-土复合体当其含根量、含水量一定时,抗剪强度随垂直压力的增大而呈线性增大,表明试验区灌木根-土复合体抗剪强度与剪切面上的法向压力成正比,且符合库仑定律;(2)4种灌木根-土复合体的黏聚力显著大于素土的黏聚力,而内摩擦角的变化不显著;(3)四翅滨藜、柠条锦鸡儿、霸王、白刺灌木根-土复合体的黏聚力与素土相比,其增长幅度分别是76.3%,62.7%,45.8%,22.0%.试验区灌木根-土复合体剪应力与剪切位移关系反映出灌木根-土复合体受剪力作用开始段近似线性,接近剪破时呈圆滑曲线,达到剪破后近似为水平线,灌木根-土复合体剪应力随着垂直压力的增大而呈显著增加趋势;剪应力的增大开始阶段基本呈线性,接近剪破时呈非线性.根据试验区4种灌木植物根-土复合体强度,它们的护坡贡献按由大至小分别是:四翅滨藜、柠条锦鸡儿、霸王、白刺.     

土体粒径对盐生植物根–土复合体抗剪强度影响的试验研究

 为研究盐生植物根系的固土护坡力学效应,探讨土体粒径对植物根系加筋固土作用和提高土体抗剪强度的影响。以青海柴达木盆地大柴旦盐湖区为研究区,选取海韭菜(Triglochin maritima Linn.)和无脉苔草(Carex enervis C.A.Mey.)2种优势盐生植物作为供试种,选取粒径大小分别为颗粒直径d≤0.25 mm和d≤0.5 mm粒径条件下的2种土体,制备根–土复合体扰动试样和不含根系素土扰动试样,分别进行了不固结不排水三轴压缩试验,以探讨2种盐生植物增强土体抗剪强度贡献,以及2种粒径条件下的根–土复合体抗剪强度指标变化规律;在此基础上,探讨土体粒径差异对根–土复合体抗剪强度的影响。试验结果表明：盐生植物根系加筋固土作用主要表现为在2种不同土体粒径条件下,海韭菜根–土复合体与无脉苔草根–土复合体抗剪强度强度均显著大于素土抗剪强度,且垂直布根海韭菜根–土复合体的抗剪强度显著大于水平或倾斜布根无脉苔草根–土复合体抗剪强度;土体粒径的差异可影响植物根系增强土体抗剪强度大小,即主要表现为在相同的含根量条件下,土体粒径愈小,由该粒径土体与根系共同组成的根–土复合体黏聚力值则愈大。同时,进一步研究表明,水平或倾斜布根的无脉苔草根–土复合体的抗剪强度受土体粒径大小的影响,相对大于垂直布根的海韭菜根–土复合体中的土体粒径大小对其抗剪强度影响。研究成果对于进一步探讨盐生植物根–土复合体抗剪强度的影响因素,以及利用盐生植物有效防治研究区水土流失、土壤侵蚀等地质灾害方面具有重要理论指导意义。     

部分排水剪切时土的抗剪强度

建立了剪切时存在部分排水条件下土的抗剪强度与总应力强度指标理论式,分析了部分排水时土的抗剪强度确定与模拟问题。     

寒旱环境盐生植物根系固土护坡力学效应及其最优含根量探讨

 本项研究以大柴旦盐湖区及其周边地区为例,选取海韭菜(Triglochin maritima Linn.)、赖草(Leymus secalinus Tzvel.)、毛穗赖草(Leymus paboanus Claus.)、无脉苔草(Carex enervis C. A. Mey.)等4种优势盐生植物,对其单根进行了单根拉伸试验以及4种植物根–土复合体抗剪强度试验。分别获得了4种植物单根最大抗拉力和单根抗拉强度;通过对4种盐生植物根–土复合体在不同含根量梯度下的直接剪切试验,探讨了根系对土体抗剪强度增强作用以及根–土复合体的最优含根量。由单根拉伸试验结果表明,4种植物单根抗拉力值为4.67～10.97 N,单根抗拉强度值为12.32～49.99 MPa,且4种植物单根抗拉强度由大至小依次为赖草、毛穗赖草、无脉苔草、海韭菜;4种植物根–土复合体扰动试样黏聚力值为10.44～27.42 kPa,不含根素土试样黏聚力值为8.10 kPa,与不含根系素土相比,根–土复合体的黏聚力增长量为2.34～19.32 kPa,其增幅为28.89%～238.52%;根系增强土体抗剪强度存在最优含根量,根–土复合体试样中的含根量处于最优含根量时,4种植物根-土复合体的抗剪强度为相对最大值,其黏聚力值为17.94～27.42 kPa,黏聚力由大至小依次为海韭菜、赖草、毛穗赖草、无脉苔草。该研究成果对大柴旦盐湖区以及与该区地质条件相似的其他地区开展利用盐生植物增强土体抗剪强度,且对于开展有效防治土体侵蚀和地表水土流失等地质灾害的发生具有理论价值和实际意义。     

生态护坡中土壤含根量与抗剪强度关系试验研究

通过对加入草本植物狗牙根根系的根土复合体进行直接剪切试验,研究在不同含根量和在不同垂直压力情况下根土复合体抗剪强度变化情况。结果表明,狗牙根根系具有提高土体抗剪强度的作用,根土复合体的抗剪强度随着含根量的增加而增大,但当含根量达到一定值时根土复合体的强度增加并不明显,即存在最佳含根量区域。     

非饱和黏性土的抗拉强度与抗剪强度关系试验研究

 通过对具有一定抗拉强度的非饱和黏性土在不同含水量状态下的重塑土样进行剪切和拉伸对比试验研究,结果表明,非饱和黏性土的抗剪强度指标c和j在一定范围内都随含水量的增大而减小;以三轴拉伸试验围压为大主应力、轴向应力为小主应力所确定的各应力圆符合莫尔–库仑准则;物理性状相同的非饱和黏性土重塑土样的抗拉强度与抗剪强度存在一定的函数关系。提出在无拉伸试验条件情况下,可通过相应物理性状的剪切试验结果计算非饱和黏性土的抗拉强度思想。     

植物根系对土体加筋效应研究

以自建的西宁盆地周边试验区为例,通过对寒旱环境4种类型试样即素土、草本–土复合体、灌木–土复合体、灌木–草本–土复合体试样分别进行三轴压缩试验,对比分析这4种试样的强度及其相应的应力–应变特征,评价试验区植物根系对边坡土体的加筋效应及其固土护坡贡献。结果表明:(1)在围压20,30和40 kPa作用下,根–土复合体和素土的主应力差随着轴向应变的增大而呈增大趋势,且最终趋于稳定值,曲线形态基本属于应变硬化型。在荷载作用的初始阶段,根–土复合体的抗剪能力较素土增长快;(2)在3级围压作用下,根–土复合体试样的剪切峰值均大于素土,且4种试样的剪切峰值具有一致性的变化规律,即柠条锦鸡儿根–芨芨草根–土复合体>芨芨草根–土复合体>柠条锦鸡儿根–土复合体>素土;(3)根–土复合体较素土的黏聚力c值增长率依次为94.1%,66.6%,39.2%,且柠条锦鸡儿根–芨芨草根–土复合体的黏聚力较芨芨草根–土复合体、柠条锦鸡儿根–土复合体的黏聚力增长率分别为16.5%,39.4%。该变化规律反映试验区植物根系对边坡土体具有显著的加筋作用,同时也说明草本与灌木植物组合种植的形式对试验区土体的加筋效果较单一种植草本或灌木植物显著。研究成果为试验区和相似地区,开展边坡浅层滑坡、水土流失等地质灾害的防治提供理论依据。     

Direct shear tests of shear strength of soils reinforced by geomats and plant roots

To investigate the shear strength of root–geomat reinforced soil (RMS), direct shear tests were conducted in laboratory on soil samples cultivated with three–dimensional geomats and Bermuda grass. The test results showed that the shear strength of RMS could be significantly improved by the combined reinforcement with grass roots and geomats, particularly at a low vertical stress level. The shear strength increment was increased exponentially with the total reinforcement content of roots and geomats. Concurrently, the soil cohesion was significantly increased, but the influence on the friction angle was generally negligible. With the increase in root or geomat content and decrease in water content, both the soil shear strength and cohesion were remarkably increased. Owing to the higher tensile strength of geomat than that of roots, the effect of geomat content on shear strength was larger than that of root content. Furthermore, the shear strength increment caused by root–geomat reinforcement was larger than the sum of the respective increments caused by root and geomat. Moreover, the soil shear strength and cohesion increments induced by the combined root–geomat mutual interlocking effect were increased exponentially with the total reinforcement content.     

粗颗粒含量对粗粒土—混凝土结构接触面剪切力学性质的影响

利用大型直剪试验仪对粗粒土—混凝土结构接触面进行直剪试验,研究粗颗粒含量对接触面剪切力学性质的影响.通过试验获得接触面剪切条件下的强度、黏聚力、摩擦系数、刚度和残余强度等力学参数随粗颗粒含量变化的规律.研究结果表明,粗颗粒含量对接触面剪切力学性质有重要影响.随着粗颗粒含量的增大,接触面上的剪切强度、摩擦系数、残余强度和...     

松花江松浦段岸坡土冻融直剪强度试验研究

为了对冻融作用对松花江松浦段岸坡土抗剪强度影响特征进行研究,对该段岸坡土体进行了冻融和直剪试验,试验结果表明:试样土体经过单次冻融后粘聚力会大幅度下降,内摩擦角会大幅度上升,土体抗剪强度会大幅度上升,试样多次冻融后粘聚力大幅度下降,土体内摩擦角会大幅度上升,土体抗剪强度会经第一次冻融后有所增加,随着冻融循环次数的增加,土体抗剪强度大幅度下降,该结果可为松花江岸坡稳定性分析提供科学依据。     

常州市浅层粘性土两种抗剪强度试验指标分析

对常州市区浅层Q3al粘性土不固结不排水三轴试验与直剪快剪试验抗剪强度指标粘聚力c、内摩擦角φ值进行了统计分析,建立两者间的相关关系方程,对该地区土工试验人员具有一定指导意义。     

酸碱污染土强度特性的室内试验研究

随着环境污染不断加剧,城市土地被污染亦屡见不鲜,这使得污染土研究成为环境岩土工程领域中的一个崭新课题。酸碱污染使地基土改性,因此,研究酸碱污染土的污染机制、勘察评价和处理措施,对稳定建筑工程质量,保护环境有重要意义。通过人工方法制备了4种不同浓度的酸碱污染土试样,通过直剪试验和三轴试验研究了不同浓度酸碱污染土强度特性,并对影响酸碱污染土直剪强度各种因素进行了分析,包括土样稠度状态、孔隙比和微观结构的影响。在此基础之上,研究了酸污染土总应力强度指标与其浓度的关系,得到了计算公式,便于工程应用。     

南京河西地区软土卸荷状态下的强度特性研究

以大量的室内抗剪强度试验为基础,分析了南京河西地区软土深基坑开挖时,坑底被动区土体在卸荷条件下的抗剪强度变化规律。通过研究分析表明：坑底被动区土体在卸荷状态下的抗剪强度指标和加荷状态下差别明显,有一定的残留强度;土体卸荷时抗剪强度受卸荷比的影响明显;随着卸荷滞留时间的延长,初期土体抗剪强度损失明显,后期逐渐不显著。最后...     

负温对土动剪切模量阻尼比的影响规律

 以我国引进的首台低温共振柱仪为依托,研究不同负温下冻结土的初始剪切模量、剪切模量比和阻尼比非线性曲线的变化规律和模式。对低温共振柱仪试验技术进行研究,结果显示,采用常温试验方法进行低温共振柱试验,会导致结果离散过大,通过试验确定围压介质、冻结时间等试验条件和参数。同时,采用更符合客观实际的围压、固结和冻结方式,以粉土为样本,在室温和不同负温下进行对比试验。结果表明：负温对土的初始模量和剪切模量比影响显著,0 ℃～－4.0 ℃为敏感段,－4.0 ℃后为平稳段;敏感段内,随负温增加,初始剪切模量呈Boltzmann函数形式急速增加,参考剪应变则呈Boltzmann函数形式迅速下降,平稳段上,二者随负温增加分别平稳上升和下降;负温下阻尼比曲线在剪应变小于一定值时高于常温曲线,而在大于该应变时常温试验曲线则超过负温曲线;负温对最大阻尼比有较大影响,随负温增大,最大阻尼比呈指数形式降低。该试验采用专门的低温共振柱仪完成,围压、固结和冻结条件更接近客观实际,得到的负温对土动剪切模量阻尼比的影响模式更真实可靠,可为季冻土区抗震规范中设计谱修正以及季冻土区重大工程抗震设计中获得合理地震动输入提供依据。