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.     

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.     

根土复合体应力应变特性的试验研究

以香根草根系为研究对象,将根系与土壤视为一整体,探讨在不同含根量下根土复合体抗剪强度指标的变化规律,应用室内三轴试验的方法研究了根土复合体的应力-应变关系及强度特性,并且比较了素土与含根土的强度特性,以及它们的变形破坏模式。     

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.     

公路路堤生态边坡植被根系加筋效应的三轴试验研究

采用常规静三轴不固结不排水试验来探究边坡植被根系含量和压实度对重塑非饱和粉质粘土抗剪强度指标的影响规律.通过试验结果分析得出以下结论:(1)通过加筋土与素土对比,素土与加筋土的应力应变曲线趋势走向相近,且都呈现出硬化现象而无明显破坏峰值,说明加筋土也符合莫尔库伦强度准则.(2)加筋土的抗剪强度较素土有明显的增大,且加筋土的粘聚力随着试样中根含量比重的增加而增大,说明草根可以通过与土体相互作用约束土体的侧向变形起到加筋的效果.(3)在同一压实度条件加筋土相对素土内摩擦角变化很小,说明草根对土体的内摩擦角影响较小.(4)在含根量一定条件下,试样抗剪强度随着压实度的增大而大幅度提升,且加筋土比素土粘聚力增大幅度要大,压实度提高可以增大边坡的稳定性.(5)植被根系的加筋作用可以弥补浅层土体压实度不足,达到提高浅层边坡稳定性的效果.     

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。     

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。     

草本植物加固边坡的力学原理

草本植物根系使边坡土体浅层成为土体和根系的复合材料,它通过根土摩擦作用和根的抗拉作用,增强了根系土层的整体抗剪强度,但至今人们对草本植物根系对边坡岩土体的作用及效应的研究仍很少,亟待深入。通过对草本植物根系加固边坡的力学原理进行了全面的分析,不但提出了根土作用的力学模型,而且对边坡增加的抗剪强度和增加的边坡稳定性系数进行了定量计算。从而为草本植物生态护坡提供了理论依据。     

香根草根土复合体抗剪强度试验研究

香根草具有强大而快速生长的根系,因而特别适合于边坡加固,但是目前很少有关量化香根草根系固坡效果的研究.基于此,开展了根系现场调查和含根土取样,在实验室内进行了香根草根区土壤剪切试验和根系抗拉强度试验,试验结果的整体趋势验证了香根草根系固坡模型,该模型可用于评估香根草根系对土坡的加固效果.     

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     

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。     

生态护坡中根系对土体抗剪强度的试验研究

通过采用直剪试验来探究植物根系对土体抗剪强度的影响.通过根系含量、含水率对重塑粉质粘土抗剪指标的影响规律,得出以下结论:(1)根系加筋土的抗剪强度明显大于素土,并且在含根量0.2%-0.3%含水率9%黏聚力增加显著,说明根能起到加筋作用,能够用来约束土体变形增加抗剪强度.(2)加根对于内摩擦角变化幅度不大,说明根对内摩擦角影响较小.(3)通过拟合曲线可知在一定条件下,黏聚力和含根量呈正相关,呈一次线性分布;黏聚力和含水率呈先增大后减小的趋势,即存在最优含水率.     

生态护坡中植被防护边坡浅层稳定性的研究

生态护坡是一个复杂的动态系统,目前,对边坡稳定性的研究大多集中在边坡整体稳定性方面,而对生态边坡的浅层稳定性分析较为少见。以张家口地区某公路生态边坡为研究对象,针对狗尾草植被防护边坡开展植被根系固土护坡的力学效应研究,进而研究植被对边坡浅层稳定性的影响。研究发现边坡浅层稳定性与边坡含水率、坡角、滑体深度呈负相关,与含根量呈正相关,即随着边坡含水率、坡角和滑体宽度的增加,安全系数降低;随着边坡含根量的增加,安全系数增加。     

路堤边坡膨胀土强度非线性应力阈值与浅层稳定性

为探究膨胀土边坡浅层土体低应力下强度非线性特征及失稳模式对稳定性的影响,针对重塑膨胀土饱和慢剪试验中低应力区段强度非线性变化规律,采用统计原理的Chauvenet准则,确定了低应力下强度非线性与常规应力下线性变化的应力阈值,明确了雨水入渗导致膨胀土边坡浅层溜坍土体的强度处于低应力非线性区段;基于"顺坡曲面"失稳破坏模式,建立了膨胀土路堤边坡浅层稳定分析方法,可以反映雨水渗流作用及低应力下膨胀土强度非线性特征.研究结果表明:处于低应力下的膨胀土路堤边坡浅层饱和土体具有小黏聚力、大内摩擦角的力学特性是强降雨诱发溜坍破坏的强度条件;采用低应力下强度非线性幂函数模型的"顺坡曲面"组合失稳模式,能更准确描述膨胀土边坡的浅层稳定性,所得安全系数明显低于常规应力下库伦线性模型的圆弧滑面破坏模式.     

暴雨气候下砂土边坡植被护坡模型试验研究

为探究植被护坡固土机理,首先进行"裸露边坡"和"植被边坡"的室内模型暴雨对比试验,进一步对3种速生草本植物的护坡稳定性进行对比分析,结果表明:在植物生长过程中,生长曲线基本呈"S"型,根系深度约为植被地面高度的1.7～2.1倍;在相同降雨条件下植被护坡的持续稳定状态时间是裸露边坡的2倍多,并且裸露砂土边坡发生整体破坏时具有突发性、直线型的特点;在3种植物护坡试验中,根系的几何形态较为重要.其中,狗牙根(倒三角型根系)边坡的整体稳定性效果最好,其次是四季青(均匀型根系)边坡,高羊茅(锥形根系)边坡的稳定性效果最弱.植物的根系,在生长中可以分泌大量黏胶物质将周围细小的砂土颗粒黏接起来,众多根系相互缠绕形成根网,并在边坡表面可形成近22 cm厚的根-土复合体保护层结构,起到了明显的浅层固土加筋作用.此外,当降雨导致坑内积水时,四季青边坡的均匀型根系可以有效防止砂土边坡发生流塑性破坏,对于探索新型仿生支护工艺具有一定的启发性.     

非饱和击实粉土强度特性的试验研究

为研究非饱和土样的强度特性及吸力对非饱和土强度的影响,采用GDS非饱和土三轴仪,对非饱和击实粉土样进行了控制吸力的三轴排水剪切试验.试验结果表明:对于同一土体,吸力对其有效黏聚力和有效内摩擦角影响较小,但对吸力内摩擦角有着显著影响;吸力对土体具有一定的强化作用,相同围压、相同应变土样的偏应力随吸力的增大而增加;吸力对土体应力-应变关系曲线的形式影响不大,曲线形式主要取决于土体自身的性质和其应力历史;吸力和吸附强度之间存在着良好的乘幂关系,据此可将Fredlund提出的抗剪强度公式改写成以吸力为直接变量的抗剪强度公式.     

冻融循环对含砂粉土力学性质的影响

为了探究多年冻土区地表层的土体在冻融循环过程中力学性质的变化,通过对不同环境冷却温度、压实度、冻融循环次数、含水率和围压下的含砂粉土试样进行室内不固结不排水三轴试验,研究冻融循环后土体应力-应变关系曲线、破坏强度、弹性模量、抗剪强度参数的变化规律,然后借助正交试验的显著性分析理论,研究以上因素以及各因素间交互作用对破坏强度和弹性模量的影响程度.结果表明:含砂粉土的破坏强度和弹性模量随冻融循环次数增加,在围压300 k Pa或冷却温度-5℃的情况下呈先增加后减小最后稳定的趋势,且在冻融循环3次后达到最大值;随冻融循环次数的增加,内摩擦角在冷却温度为-5℃的情况下逐渐减小并趋于稳定,在冷却温度为-10℃和-15℃的情况下先增加后减小最后趋于稳定;围压、含水率、压实度、冻融循环次数对破坏强度和弹性模量影响显著,冷却温度的影响较弱,压实度和含水率、冻融循环次数和围压的交互作用对破坏强度影响显著.综上分析得出,在研究冻融循环对土体力学性质的影响时应综合考虑各因素及其之间的交互作用.     

崩岗区岩土固结特性试验研究

以赣州崩岗区土为研究对象,通过控制重塑土样的干密度及石灰的掺加量制备不同状态下的试样,并进行室内固结试验,研究不同干密度和不同石灰的掺加量对崩岗土的压缩特性的影响,探讨了崩岗土的固结特性。通过分析实验数据可知,试样的初始干密度和石灰的掺加量对土的应力-应变曲线特征有着显著影响,崩岗土的应力应变曲线符合双曲线模型,添加石灰可以提高崩岗土的初始切线模量,提高土体的抗剪强度,减少土体最终压缩量。 更多还原     

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。     

土石混合介质堆积体力学特性试验研究

由于堆积体边坡物质组成和结构的复杂多变性,其变形和稳定性成为工程建设中极为关注和亟待解决的问题之一。以三峡库区一典型堆积体边坡为例,根据现场调查和取样结果,通过室内大型直剪试验,研究不同含水率、含石量以及密实度情况下堆积体抗剪强度的变化规律。试验结果表明:细粒土含量越多,含水率对土石混合堆积体强度的影响越明显;当含石量在70%以上时,抗剪强度有急剧增大的趋势,堆积体试样的强度随密实度的增大而增大。研究结果不仅为堆积体变形和稳定分析提供基础资料,也为类似工程建设中遇到的堆积体边坡问题提供一定的参考。