灌木对黄土边坡的加固效应

植物对边坡稳定性的贡献源于根系对土体的加劲作用、根系吸水消耗孔隙水压力及其引起的抗剪强度增加.通过对非饱和含根土开展剪切试验建立了根-土复合体的抗剪强度模型,其抗剪强度是根系密度和土壤含水率的函数.通过建立二维根系吸水模型,开展根系吸水条件下的渠道边坡土壤水分运动数值模拟.根据土壤水分动态分布和根-土复合体抗剪强度模型计算了不同气象阶段植被渠道边坡的稳定性.对比相同时刻植被边坡和裸土边坡的稳定性计算结果发现,植物根系通过加劲土壤和吸取土壤水分能够显著增强黄土渠道边坡的稳定性.     

植物根系固土护坡抗剪强度试验研究

以全风化花岗岩残积土为研究对象,通过对加入狗牙根根系形成的根土复合体在不同含水率条件的室内直剪试验,研究了土壤含水率及含根量对抗剪强度的影响,用以评价植物根系对全风化花岗岩残积土坡的加筋效应及固坡效果.结果表明:植物根系可以显著增强土体的抗剪强度,促进边坡的稳定;根土复合体的抗剪强度随着含水率的增加而降低;随着含根量的增加,根土复合体的抗剪强度增强,主要表现在粘聚力c随含根量增加而显著增大,内摩擦角φ值几乎不变;当含根量达到0.3%及以上时根土复合体的抗剪强度增幅有所减缓,即存在最优含根量区域;根系对25%含水率的土体加筋效果最显著.     

植被根系固土抗剪强度试验研究

通过对培养的黑麦草加固黏土原状土样进行直剪试验,研究了根系含量和含水率对加固土体抗剪性能的影响,并结合研究结果对其作用机理进行分析。试验结果表明:随根系含量增加,加固土体的抗剪强度和黏聚力逐渐增强,内摩擦角变化较小。这是因为根系的存在加强了土颗粒之间的摩擦,同时在剪切过程中根系发生弹性形变,其内部产生的拉应力通过摩擦力转化为阻碍土体位移的力,增强土体强度。随着含水率的增加,加固土体的抗剪强度和黏聚力均减小,内摩擦角变化不大。这是由于一方面水的存在使根系的拉拔阻力和土颗粒之间的摩擦阻力减小,另一方面含水率的增加导致基质吸力减小,使土颗粒之间的液桥强度降低,从而降低了土体的抗剪强度。     

植物须根固土护坡的复合材料理论研究

从复合材料的角度,提出了一种新的根系固土护坡的作用机理。即把含根土体看成由根和土组成的复合材料,根系犹如乱向分布的纤维,通过分析根系阻裂增加土体强度和延性的作用,来说明根系的固坡作用。根系对土体的阻裂增强作用表现为:在微裂缝扩展阶段,根系主要通过改变微裂纹扩展路径增大裂缝扩展的能量耗散,来提高复合土体的抗剪能力;在塑性裂缝扩展阶段,根系主要通过扩散和转移土体中的剪应力,来提高复合土体的抗剪强度,此阶段强度提高的幅度相对较大。根系增加土体延性的作用表现为:根系扩散和转移了土体中的部分应力,应变相对均匀,延缓破裂面的出现;加之,根系的抗拉、阻隔作用,复合土体的峰值强度跌落为残余强度的程度趋缓,土体的延性提高。最后,通过试验对其进行验证。     

木本植物根系对边坡稳定性影响分析

根据木本植物根系对边坡提供轴向力和抗剪力的原理,采用不同根系长度下的抗拔力的取值,建立根系固坡模型并进行数值模拟分析。在模拟过程中,针对根系长度、密度和降雨条件等主要影响因素,研究其对边坡稳定性的影响。结果表明:木本植物根系的存在能够提高土体的抗剪强度,增加边坡的稳定性,使边坡更加趋于稳定;木本植物根系长度的增加和密度的变大,都会增大边坡的安全系数;在降雨条件下,植物根系仍能增大边坡的安全系数,对边坡有一定的加固效果。     

根系种类和含根量对土体强度及边坡稳定性影响

为研究边坡表层根土复合体对边坡稳定性的影响,通过室内三轴试验研究了重塑草根加筋土强度特征。选择３种常见的植物根系,分析根系种类和含根量对土体强度的影响,并基于三轴试验结果建立考虑草根加筋作用的边坡有限元分析模型,研究不同植物根系种类和含根量对边坡稳定的影响。试验结果表明：根土复合体试样应力—应变关系呈应变硬化型,随着试样含根量的增加,试样破坏应力显著上升;草根的存在虽对土体内摩擦力影响较小,但可显著提高土体黏聚力;根系配比对根土复合体强度加固效果有重要影响。数值模拟结果表明：表层根土复合体的存在可以延缓边坡表面水平位移的发展,延缓边坡进入塑性的趋势,有利于增强边坡的稳定性。     

高羊茅根系增强土壤粘聚力的试验研究

为研究植物根系与土壤颗粒粘聚情况与抗剪强度的关系,选择高羊茅植物(Festuca arundinacea Schreb)(无植物对照)盆栽于3种不同土壤基质(高岭土、重钙土、河沙)进行控制性盆栽试验。分别测定生长形成根土复合体后根土复合体抗剪强度、及其对应下的根系表面积、体积以及长度、根系作用区的土壤pH值、电导率等指标。研究试验结果表明,在同一含水率、同一垂直荷载作用下活性的植物根系提高了土体抗剪强度(与素土对照相比)、粘聚力有明显提高,而内摩擦角提高程度较小。与无根系作用的土体相比,高羊茅—高岭土、高羊茅—重钙土根土复合体粘聚力c值增幅度在100%左右;3种土壤基质中由于河沙本底粘聚力低,高羊茅—河沙根土复合体粘聚力的增长倍数最大;而内摩擦角提高程度较小。通过根系分析,土体粘聚力随根系体积的增大有所增加,根土复合体区域的土壤电导率、pH值也有所提高。此外,对植物根系提高土壤粘聚力的这种"根土关系"和根土复合体提高土壤颗粒粘聚力的机制问题进行了探讨,根土作用通过粘聚力的提高与增强直接关系到土壤结构体形成与稳定,这对研究斜坡土壤的植物稳定与土壤破坏下的抗冲性、抗侵蚀能力大小与破坏分离过程等都有一定的指导意义。     

降雨入渗条件下非饱和土边坡稳定性研究进展

降雨,特别是强度大、历时长的暴雨,是引起边坡失稳破坏的主要因素。降雨期间,雨水的大量入渗使边坡土体的饱和度增加,非饱和区基质吸力降低,土体抗剪强度下降。当降雨的强度和持续时间超过一定程度时,便可能导致边坡失稳。在讨论非饱和土强度理论和渗流理论的基础上,探讨了近年来关于非饱和土边坡稳定性研究的进展。     

植物根系倾角对土体抗剪强度影响试验研究

植物是天然的工程师,拥有防止浅层滑坡和地表侵蚀的潜能,并具备低投入、养护、绿色环保和生态平衡等优点。植被护坡技术在西南地区浅层滑坡的预防及治理中有着广泛的应用前景,因此深入了解植被护坡机理具有重要的工程意义。影响植被护坡效应的因素有很多,根-土体系的协同作用机制是当前研究的重点。由于根系的分布模式及倾角不同,根-土体系的强度和变形会有较大差异,因此采用人工根系（草根和灌木根）制备试样并设定根系与剪切面的夹角α值为变量,进而对比不同试样的强度和变形差异。进行了直剪试验,研究草本根系倾角对土体抗剪强度的影响;进行了三轴剪切试验,研究灌木根系倾角对土体抗剪强度的影响。试验结果表明:含根系土样的峰值强度及残余强度均明显高于素土,具有τp素土<τp90°<τp45°<τp135°的规律。直剪试验中在α值等于135°时土样抗剪强度最高且表现出应变硬化,其余含根系试样应变软化特征均得到不同程度的抑制。三轴试验中当α值在135°时根系对土体抗剪强度的提高亦最为明显,其残余强度也最大,其余含根系试样抗剪强度也有不同程度提高。试验结果表明,恰当的植物根系倾角能够加强根-土体系的协同作用,从而提高土体抗剪强度。同时由于根-土体系表现出延性破坏的特征,从而保证了土坡安全。研究结果可以应用于生态护坡实践。     

持续小强度降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的动态影响

以含水量作为土体抗剪强度的主要控制参量,分析了边坡含水量和抗剪强度随降雨时间的变化特性,建立了持续小强度降雨入渗条件下非饱和边坡土的总凝聚力和内摩擦角与时间的关系。随着降雨持续进行,边坡降雨影响区域扩大。通过FLAC3D进行强度折减,得到了持续降雨过程不同时间段的边坡动态安全系数和边坡失稳前的持续时间。工程计算结果表明,持续小强度降雨条件下边坡临界滑动面仍处在非饱和状态。     

大气影响层含水率变化对下蜀土边坡稳定性的影响分析

针对大气影响层含水率变化对下蜀土边坡稳定性的影响,以镇江跑马山边坡中的下蜀土为试样,通过直剪试验获取了大气影响层现场含水率变化范围内下蜀土的抗剪强度指标,同时结合现场探槽试验获得大气影响深度,采用有限元极限分析软件OPTUM G2分析了大气影响层含水率变化对下蜀土边坡稳定性的影响规律。结果表明:随着大气影响层含水率的增大,下蜀土边坡的潜在滑动面逐渐从深层向浅层转变;下蜀土边坡下、上限安全系数绝对衰减率的最大值都在17%左右。     

基于乔灌木根系加固及柔性石笼网挡墙变形自适应的生态护坡

为了生态加固及防护土质边坡,提高边坡抵抗较深层滑动的能力,研发了根系-拉索-石笼网共同作用的生态护坡系统。工作机理为:浅层滑坡体推动柔性石笼网挡墙前倾,乔灌木根系的抗拔力通过拉索约束住挡墙的位移,从而使坡脚土体由受剪为主改为受压为主。通过数值分析,探讨了将边坡的乔灌木根系的抗拔与石笼网柔性挡墙的变形自适应相结合,联合作用加固挡墙基底以上坡土的可行性。分析结果表明:通过镀锌过塑拉索与根系的联合作用可以有效地限制和减少土坡和柔性石笼网挡墙的渐进变形,从而维持土坡的稳定。     

非饱和膨胀土边坡中土水相互作用机理

为了探讨非饱和膨胀土中强烈土水相互作用对边坡稳定的影响，进行了大型现场降雨入渗模拟试验和综合的室内试验研究.研究了包括土水特征曲线的测试、胀缩试验和吸湿软化试验的室内试验.试验成果分析表明，在干湿季节循环过程中，非饱和膨胀土中水分、吸力、变形、应力和抗剪强度之间发生强烈耦合作用.膨胀土的丰富裂隙在土水相互作用中起关键作用，它直接破坏了土体的完整性，并显著增加了表层土的入渗速率.降雨入渗使得浅层的非饱和膨胀土体发生吸水膨胀而软化，还造成浅层土体中水平应力显著增加，这可能导致土体发生局部被动破坏.季节性干湿循环使得边坡浅层土体逐渐发生向坡下蠕变，以致边坡发生渐进累积破坏     

黄土路基边坡降雨响应的试验研究

为了研究降雨入渗对黄土路基边坡孔隙水压力（吸力）、含水量、变形等的影响,选取甘肃平-定高速公路上某段9 m高的填方路基边坡进行了4场人工降雨模拟试验并持续现场监测一个月。监测结果表明：人工降雨模拟引起浅层土体（1m以上）吸力明显下降和含水量增大,致使土体有效应力减小,抗剪强度降低;另外雨水冲刷引起坡面冲沟发育,导致雨水入渗增大和土体强度的进一步衰减。压实度最小的坡脚处降雨引起的湿陷变形最大。在持续降雨的条件下,湿陷变形的发展会导致坡底的沉陷,最后发展为滑坍破坏。从减少雨水入渗,减小土体的强度损失以及控制湿陷变形等方面综合考虑,提高黄土路基边坡的压实度对防止降雨导致的边坡失稳具有重要意义。     

Quantitative analysis of biotechnical reinforcement for a steep slope consisting of composite coal-gangue-soil medium adjacent to a mined-out area

The engineering and geological characteristics of a steep slope consisting of coal gangue, rock and soil medium in Huating coal mine have been comprehensively investigated. Owing to humid weather, heavy rainfall, vegetation and porous characteristics of the soil and rock mass, the steep slope will be destabilized and induce mud-rock flow or derive hazard easily. Firstly, based on the classical slope reinforcement theory, some regularity between the shear and displacement in the destabilized zone of the slope with or without root strength contribution is presented. Then, based on the experimental and statistical analysis of root strength, hydrological characteristics and stability status, etc., some possible biotechnical techniques for reinforcement of the steep slope have been suggested. These methods are important for quantitative analysis of destabilization of the slope and design of the biotechnical reinforcement.     

高分子固化剂加固土质边坡的稳定性分析

分析高分子固化剂的加固机理,并利用室内试验测得的抗剪强度参数,采用Slide软件进行数值建模,主要研究在不同边坡坡比工况下,固化剂的浓度和加固厚度对边坡稳定性的影响。研究结果表明:高分子固化剂的护坡机理主要为高分子固结成膜加固,植被根系的锚固和加筋作用。高分子固化剂对于不同坡比工况下的边坡稳定性的提高均具有积极的作用。在同一坡比工况下,加固深度对于稳定性的影响受其他因素相关性小,而固化剂浓度对于稳定性的影响受本身稳定性系数影响,与其他因素相关性较大。当边坡坡比越小时,即原坡面稳定性系数越小时,加固后稳定性系数增加的比例越小。高分子固化剂应用到工程边坡上,促进边坡坡面的植被生长与恢复,根被根系的加固作用将更有利于提高边坡的稳定性。     

根土复合体的抗剪强度研究

随着我国高速公路、铁路等基础设施的大量建设,工程边坡的生态修复与防护越来越多,含有植物根系的根土复合体力学性质,是决定生态边坡稳定性的重要因素.通过分析含有两种不同根系不同含根量含根土的直接剪切试验,运用Matlab对试验数据进行不同次数的最小二乘拟合分析,得出如下结论：含根土作为一种复合体材料的强度近似符合库仑定理,其抗剪强度τf随着含根量的增加而增大;含根量对内摩擦角的影响与土本身内摩擦角大小有关,本身内摩擦角小的土影响大,而本身内摩擦角大的土影响小,粘聚力则随着含根量的增大而增大.     

含锯齿状结构面的岩质边坡稳定性拟动力分析

为了研究含有锯齿状结构面的岩质边坡稳定性，结合锯齿状结构面的剪切强度经验公式，综合考虑结构面参数、锚固效应、地震作用以及地下水位深度等因素的影响，基于改进的拟动力法推导了加锚结构面边坡抗滑稳定性安全系数计算式，并分析了岩石边坡稳定性的影响因素，结果表明：锯齿状结构面的抗剪强度与起伏角呈线性关系，随着起伏角的增大而增大；随着地震系数、滑动面倾角、水位深度、边坡倾角以及土体重度的增加，边坡稳定性降低，随着内摩擦角的增大而提高；锚固力越大，岩体的抗剪强度增大，边坡抗滑稳定性提高，但是锚固角的增大对边坡的稳定性起着负面效应。     

西汉高速公路膨胀土堑坡浅层稳定性研究

针对西汉高速公路膨胀土地区路堑边坡浅层破坏的工程特性,提出了浆砌片石骨架+土工格室的稳定技术,详细分析了其稳定机理,给出了其设计参数和施工工艺。并对其稳定效果进行了数值分析,结果表明:浆砌片石骨架+土工格室种植土的稳定措施对坡面的应力分布的改善,表现为坡面剪应力的减小且分布更趋均匀,以及在坡脚部位剪应力集中程度的减弱;采用该稳定措施后,坡脚部位剪切方向总应变值、塑性应变区及极限塑性应变值均明显减小。最后,通过工程实例表明:浆砌片石骨架+土工格室种植土的技术不仅稳定效果要优于浆砌片石护坡的圬工工程方案,且可节约经费约8%,在保护生态环境、改善公路景观功能与旅行环境方面具有不可估量的社会综合效益。