不同类型植被根系对边坡表层的加固效果研究

植被根系固坡技术已经在边坡防护工程,尤其边坡表层防护得到广泛应用,但是目前关于植被固坡的理论研究却滞后于工程实践的应用.为了对不同类型植被固坡效果有更加清晰的认识,本文在建立不同类型植被(草地、灌木、成长树木、成熟树木)根系附加力学权重表的基础上,采用数值模拟手段对不同植被的在不同边坡尺寸和坡度下根系固坡效果进行分析和探讨.结果表明:成熟树木由于根系较深且表层附加力较大,在同等条件下,斜坡的安全系数最大、成长树木和灌木次之、草地的安全系数最小;此外,随着边坡角度和边坡基本尺寸的增大,4种植被的斜坡安全系数均呈现降低的趋势.     

活木桩联合草本防护边坡稳定性数值研究

基于植物的固坡机理,以活木桩-植草护坡结构为研究对象,利用ABAQUS软件对考虑根系发育状况下的边坡稳定性进行研究,分别研究了活木桩、植草、活木桩联合草本的固坡效果。结果表明,活木桩二分枝根型更利于边坡的稳定;仅植草防护,边坡安全系数与土体粘聚力增长率的关系为阶梯状递增;活木桩联合草本防护在抑制坡体的滑动过程中,坡面中下部活木桩发挥着主要作用,草本根系则在增强坡面土体整体性上起到重要作用。     

三维网垫植草护坡坡体稳定性数值分析

三维土工网垫植草护坡作为一种重要的生态防护形式而广泛用于岩土工程领域。基于有限元软件MIDAS-GTS,结合护坡体浅层土体力学性能,建立了降雨渗流情况下采用三维网垫植草护坡的路基和路堑边坡的有限元模型,进而模拟浅层和整体坡体在降雨渗流情况下的稳定性。结果表明,三维网垫植草护坡使路基和路堑边坡坡体的安全系数提高了20%左右,三维网垫护坡起到了很明显的应力消散作用,使得坡体在软弱夹层处的变形显著减少,进而有助于减少溜方或部分坡体滑塌等边坡灾害。     

植被护坡中根土复合土体抗剪强度分析

针对植被护坡的稳定性难以界定和直剪仪大小限制试验素材大小的问题,为探索植被护坡中根土复合体的抗剪强度与树根和土体间组合方式的关系,选取乔木根和红黏土为材料,运用自行研制的大型直剪仪进行了大量根和土不同组合形式的直剪试验,并将根和土的力学模型推广到三维模型。结合试验数据和公式推导,研究发现:竖直布置根系并不能够让根土复合体的抗剪强度得到最大发挥;在设定的土质和含水量的条件下,试验结果和力学模型都显示,三维空间内单根沿滑坡方向呈62°时能更充分的发挥根系的作用,单根条件下提升根土复合体的强度最大为15.1%;根系穿过滑裂面时,将阻碍边坡的滑动,固坡效果明显。因此,树根能够限制边坡的侧向变形,使挡土墙内应力分布更平均,降低应力集中的可能。研究成果为拓展乔木根系对增强边坡抗剪强度的应用提供了依据。     

植物根系对边坡加固效应数值模拟研究

为了研究植草护坡固坡效应,通过有限元数值软件对有植物根系土体及边坡进行模拟,并计算得出能够运用于有根系边坡模型的土体材料抗剪强度参数,最后计算出对应因素下的有根系边坡模型安全系数,由计算结果得出:土体里有根系将会增加根-土复合体的抗剪强度,并且边坡中有根系护坡将会提高其安全系数;随着根系长度的增加,根-土复合体的黏聚力与内摩擦角均逐渐增加,对应边坡的安全系数也逐渐增大;随着土体里根系分布密度的增大,根-土复合体的黏聚力和内摩擦角也逐渐增大,其边坡模型的安全系数也相应增大;而根-土复合体中根系的倾斜角度只对其黏聚力有影响,对内摩擦角的大小不产生影响,而且随着根系倾斜角度的增加,根-土复合体的黏聚力逐渐降低,而对应边坡模型的安全系数也将逐渐减小。     

植物根系固土护坡力学机理研究现状与进展

在对国内外主要相关研究成果进行系统介绍的基础上,详细论述了根系固坡机理的力学模型、根系和土壤-根系复合体的力学性能、边坡稳定的有限元数值模拟以及根系的分布特征,并探讨了植被护坡研究的发展趋势。     

不同降雨条件下生态护坡减流减沙效应对比研究

生态护坡技术逐渐广泛应用于边坡防护工程中,目前国内尚缺乏生态护坡水力侵蚀规律的研究。为更好地模拟自然降雨条件下Enkamat型生态护坡产流产沙规律,设置持续性降雨、间歇性降雨及变降雨强度不同降雨条件下试验,分析径流含沙量及泥沙累积侵蚀量随降雨历时变化规律;设置降雨强度为120 mm/h,坡度25°下Enkamat7220+植被、Enkamat7020+植被、Enkamat7220+植被根系、Enkamat7020+植被根系、仅植被、仅根系、裸坡7组不同试验组次,分析并得出加筋植草型生态护坡产流产沙规律及其减流减沙特性,验证了Enkamat型生态护坡水土防护效果的优越性,为江苏沿海垦区生态软防护工程提供理论支撑。     

考虑水文效应的不同植被根系护坡效果数值分析

为对比不同类型植被根系在降雨条件下对坡体内水分运移影响和浅层固土效果,基于FLAC^3D软件的FISH编程模块进行二次开发,对间隔降雨大暴雨工况下3种不同植被类型根系固土边坡和未加固边坡分别进行数值计算,并与离心模型试验结果进行对比。结果表明:植被根系能够很好地阻止水分渗透,起到固土作用。heart根型加固边坡与素坡(未加固边坡)的水分运移规律截然不同,素坡表现为近坡表侧水分渗透速率快于远坡表侧;heart根型蒸腾作用最好,但plate根型两翼宽大更能抵抗浅层雨水冲刷与渗透,总的来说,heart根型最能减少坡体内部水分;tap、plate和heart 3种根型加固边坡最大水平向位移百分比分别减小52.22%、73.68%和70.24%,综合来看,heart根型更能减小内部位移,固土效果最好;数值模拟结果与降雨离心模型试验结果拟合趋势较好,验证了开发程序的正确性与有效性。研究成果为考虑更多工况与更复杂根型的模拟奠定了基础。     

植被护坡在水流冲刷作用下的稳定性研究进展

随着我国近年来对生态环保事业的重视以及水利事业投资力度的加大,植被护坡越来越多地应用于护坡工程中.以往考虑植被护坡稳定性时往往从土力学角度考虑边坡自身的稳定,对于水流冲刷作用对植被护坡不断的侵蚀、浸润而造成的边坡滑坡失稳重视不够.在收集、归纳整理大量植被护坡稳定性研究资料基础上,总结了影响植被护坡稳定性的因素,着重从植物根系对边坡土壤C、φ值的提高,植物根系对边坡土壤抗冲刷能力的增强两个方面来说明植被对边坡的加固和防护作用.将国内学者对植被护坡在水流冲刷下的研究成果分为三个方面进行归纳总结,其结论在植被护坡在水流冲刷作用下的稳定性标准化研究方面意义重大.     

紫穗槐根系对黄土边坡加固作用的试验研究

植物护坡措施对黄土边坡稳定及生态环境修复具有重要作用。通过对陕北治沟造地工程中黄土以及紫穗槐根系与黄土的复合土体抗剪强度的试验研究,分析了含水率及含根量对土体抗剪强度的影响。根土复合土体的抗剪强度符合库仑定律,并随着含水率的增大而减小;随着含根量的增加,附加黏聚力增量较大,变化范围为1.46~14.67 kPa;内摩擦角增量较小,变化区间为1.0°~3.5°。采用FLAC3D岩土工程数值计算软件分析了紫穗槐根系对黄土边坡的加固作用,含水率为12%的种植紫穗槐的坡体最稳定,安全系数最大为3.06。     

不同生态护坡下水土保持效果动态变化研究

为研究不同生态护坡措施实施后其护坡效果随时间的变化情况,选取北京市昌平区朱辛庄水土保持示范基地内的4组不同护坡类型径流小区为研究对象,通过连续5 a的植被调查和人工模拟降雨实验研究,对各个护坡径流小区的植被状况以及产流和产沙数据进行了分析。结果显示:4种生态护坡实施后,随着时间推移,护坡植物种类会朝着当地土生植物种类发生演替,从而导致护坡的水土保持效果发生变化,每种生态护坡的效果各不相同;单一植物护坡容易受到植物演替规律的影响,而采用工程与植物措施相结合的护坡形式,水土保持效果则更为持久有效。研究成果可为今后生态护坡技术的推广应用提供借鉴。     

新型生态植被毯边坡防护技术水土保持效应研究

新型生态植被毯边坡防护效果良好,目前常用的植被毯种类有椰丝型、麦秸型以及椰丝麦秸混合型。为优选出性价比最高的植被毯材料,对这3种植被毯上建植植被的植被覆盖度、有效根密度、地表径流量、土壤侵蚀量和土壤抗蚀性能进行了对比分析。结果表明,与在自然坡面上建植植被相比,植被毯护坡均可以增加土壤的覆盖度,减少降水的径流量与土壤侵蚀量。结合植被毯的产品质量指标,椰丝麦秸混合型植被毯性价比较高,可以作为普遍推广的植被毯品种。研究成果可为植被毯的施工及推广应用提供一定科学依据。     

边坡水土流失的治理方法

结合深圳市盐田区边坡水土流失治理情况,介绍三维植被网、喷混植生、格构护坡、锚喷支护等几种边坡治理方法,供广大从事水土保持工作者参考。     

生态护坡技术在广东省中小河流治理工程中的应用

该文以广东省山区5市中小河流治理工程为背景,介绍当前3种生态护坡形式（联锁护坡砖、格宾石笼网箱和植生型生态混凝土）在中小河流治理工程中的应用,突出生态护坡在保持水土、净化水体和保持景观中的优势,并为未来的河道整治发展方向提出合理化建议。     

边坡坡面浅层加固稳定性分析及设计参数探讨

基于有限差分的强度折减法,探讨坡面浅层土体加固边坡的稳定性,并针对地基与边坡土质相同和采用岩石地基2种工况,综合分析边坡加固区宽度和土体黏聚力、加固区进入地基土深度和边坡几何参数等因素对稳定性和滑动面的影响。结果表明:当地基与边坡土质相同时,不同加固宽度下边坡安全系数随加固区土体黏聚力增加均呈先减少后增加的趋势,且当土体黏聚力达到临界值时安全系数趋于稳定;随着加固区土体黏聚力的增大,边坡由浅层滑动变成深层滑动并最终完全不通过加固区,通过将加固区适当深入地基土可以提高边坡安全系数;当采用岩石地基时,随加固区土体黏聚力增加,安全系数总体上呈现先减少后近似线性增加,相同几何尺寸和土质条件下边坡安全系数比地基与边坡土质相同时整体上提高了0.5~1倍,加固区土体黏聚力越大即抗剪强度越高时,边坡安全系数越高。     

考虑降雨入渗条件的植被边坡稳定性评价

为了研究降雨对植被边坡稳定性的影响,利用改进的Green-Ampt模型,在考虑植被水力作用和饱和区径流基础上,推导出了降雨入渗条件下植被边坡的湿润锋深度计算公式,并采用极限平衡法计算出了植被边坡不同潜在滑动面上的抗滑稳定安全系数,对多层非饱和土植被边坡稳定性进行分析评价。结果表明:考虑植被水力影响和饱和区径流的多层非饱和土植被边坡的入渗模型,更加实用,可更加准确地对降雨作用下植被边坡进行稳定性评价;湿润锋深度随着降雨的持续时间增加而增大,浸润锋经过土层交界处时出现突变现象,根系粉质砂土层的湿润锋深度增幅小于粉质砂土层的湿润锋深度增幅的1.5%~11.8%;4个潜在滑动面处的抗滑稳定安全系数在降雨早期随着降雨持续时间的增加而逐渐减小;粉质砂根土复合层的抗滑稳定安全系数比粉质砂土层的抗滑稳定安全系数提高了12.3%~35.5%;根土层与土层交界面处不易发生失稳破坏,而土层与土层交界面处的抗滑稳定安全系数会出现急剧变化,易发生失稳破坏。     

根系与格栅复合加筋土的力学特性试验研究

在土工格栅加固的边坡上种植生态植物,可以形成有效的生态护坡。为研究植物根系与土工格栅形成复合加筋土的力学机制,依托广西贵隆高速生态护坡工程,进行了素土、根系加筋土、格栅加筋土、根系与格栅复合加筋土的三轴固结不排水试验,对比分析了3种加筋土的力学特性。结果表明:植物根系、土工格栅均能提高加筋土的强度,其中根系与格栅的复合加筋效果最好;相较于素土、根系加筋土、格栅加筋土,根系与格栅复合加筋土的黏聚力分别增加了265.0%、101.0%、33.2%;保持最佳的土工格栅布置形式不变,根系与格栅复合加筋土的黏聚力随着含根量的增加出现先增后减的变化趋势,当含根量为0.5%时,黏聚力达到最大。对加筋土的三轴试验曲线进行分析,发现3种加筋土的应力-应变关系均符合邓肯－张模型,并获得了加筋土的邓肯－张模型参数,进一步通过试验数据对模型参数进行了验证。     

坡面径流阻力计算模式对比研究

坡面流是污染物迁移、土壤侵蚀、泥沙输移的主要动力因素,阻力系数是影响坡面流模拟的重要参数。为比较三种阻力计算模式(阻力系数为常数、以淹没度为变量的Lawrence模型和阻力分割模型)在裸坡、砾石覆盖坡面、植被覆盖坡面三种常见坡面上的适用程度,本文建立了坡面降雨径流模型,对不同类型坡面的产流进行了模拟。坡面径流模型采用扩散波模型,坡面降雨入渗模型采用考虑坡度影响的Green-Ampt模型,当存在植被时,考虑冠层降雨截留损失。结果表明:在裸坡上,三种阻力计算模式均适用;而在有砾石覆盖和植被覆盖的坡面上,考虑阻力系数时空变化的阻力分割模型模拟精度最高。阻力系数对坡面径流流量的影响在坡面汇流的涨水与退水阶段较大,而在稳定阶段很小。对有植被覆盖坡面,降雨强度存在阈值,大于阈值时,不同阻力模式对坡面流模拟结果影响甚微;反之,需选择合适的阻力计算模式,且坡长越长,坡度越缓,降雨强度阈值越大。     

变形参数对土坡稳定安全系数的影响

利用有限元极限平衡法对土坡在不同变形条件下稳定性的变化规律进行研究。对3种不同填筑情况、不同土质的土坡进行稳定性计算分析,土体本构模型分别采用线弹性模型和邓肯-张E-ν非线性弹性模型。计算中,分别变化了土体的弹性模量(或参数K)、泊松比(或参数G)以及内摩擦角。结果表明:变形参数对土坡稳定安全系数有一定影响,弹性模量对土坡稳定安全系数几乎没有影响,而泊松比对土坡稳定安全系数影响较大;考虑变形影响的有限元法用于土坡稳定性分析具有一定优势。     

现浇网格生态护坡技术研究——以延庆试验区为例

为了研究现浇网格生态护坡技术在边坡治理中的适应性和效果,系统地介绍了该技术体系,并以北京延庆试验区为例,对网格内植物的生长情况和土壤的理化性质进行了调查分析。结果表明:完工4 a后,试验小区金叶莸的成活率达到94.3%,金叶莸新生枝叶繁茂,每株枝条平均生物量可达到29.3 g,平均株高为33.07 cm,平均覆盖度为533 cm2;与空白对照小区比较,网格内土壤中机质增加了28.11 g/kg,全氮增加了0.72 g/kg,速效磷增加了11.25mg/kg,速效钾增加了33.74 mg/kg,pH下降了0.71。在经济成本方面,该技术的后期养护时间为1～2 a,时间短,投入少,节约成本。试验区适用研究成果表明现浇网格生态护坡技术的水土保持、植被恢复效果良好,易于在各类边坡生态防护中推广应用。