不同植物根系参数对土壤抗剪强度的影响分析

为了研究兰州九州台滑坡地带不同植物根系参数对滑坡的影响,以根系形态分布良好的山蒿、芨芨草为试验材料。通过对不同根系直径、含根率组合的根-土复合体直剪试验,分析植物根系参数对抗剪强度及其指标的影响。结果表明：植物根系能够显著提高土体黏聚力c和内摩擦角φ,最大增强程度分别为503.98%和41.06%,根系对抗剪强度的提高主要体现在黏聚力上;存在最优含率(区)使得抗剪强度指标c、φ最大,且不同直径对应的最优含根率(区)不同;亦存在最优直径范围使根系对黏聚力的增强最大,山蒿的最优直径为0.5～1.0mm,芨芨草的最优直径为1.0～2.0mm;比较两种植物根-土复合体的最大黏聚力、内摩擦角及各级法向压力下的抗剪强度发现：芨芨草根-土复合体各项指标均优于山蒿。研究结果可为护坡植物选择及其含根率、直径的选取提供理论依据,对进一步优化植被护坡具有积极意义。     

废旧轮胎条与格栅加筋土剪切性能对比研究

废旧轮胎在岩土工程中加筋的应用,与土工合成材料加筋原理比较相似。通过大型土工合成材料直剪仪,对废旧轮胎条与双向格栅、三向格栅加筋土剪切性能进行对比研究。试验结果表明:三种筋材的界面摩擦系数比均小于1,其中废旧轮胎条的界面摩擦系数比达到0.98,与素土界面摩擦系数最接近;三种筋材的加筋效果均较为显著,抗剪强度明显增大;不同加筋土内摩擦角与素土内摩擦角接近,但黏聚力显著提高,废旧轮胎条、双向格栅及三向格栅加筋土黏聚力增幅分别为24%、36%和60%;三种筋材加筋效果系数均随垂压增大而减小,相对于双向、三向格栅而言,废旧轮胎条加筋效果系数对垂压变化不太敏感。因此,在垂压变化较大的情况下,废旧轮胎条用作筋材优势较大。     

根系参数对根土复合体抗剪力学特性的影响

河岸带土体的抗剪力学特性是评判河岸稳定的关键因素。为了研究黄河源区河岸带的根系参数对土体抗剪力学特性的影响,以华扁穗草为试验材料,通过开展不同根长和含根量的重塑根-土复合体直剪试验,分析根长和含根量对抗剪强度指标的影响。试验结果表明:植被根系能够显著提高土体的抗剪强度,当含根量从3%增至24%时,根长为2、4、6 cm的根-土复合体分别在含根量为15%、18%和21%时达到抗剪强度峰值,分别为23.78、21.44、21.75 kPa;根土复合体的黏聚力值较素土分别增加了19.2、16.9、17.2 kPa;根-土复合体内摩擦角的最大值对应的含根量分别为15%、12%和15%;当根-土复合体中含根量小于9%时,根长越长,根系增强土体黏聚力的效应越强。     

根土复合体依赖根系含量的力学特性及非线性破坏准则

为研究植物根系对根土复合体力学特性的影响,开展不同根系含量下的根土复合体三轴试验,分析了根土复合体依赖根系变化的力学特性,建立了根土复合体非线性破坏准则。研究结果表明：根系通过提供抗拉能力来提高土体抗剪强度,根主要影响土体黏聚力,对内摩擦角影响较小;当根系含量为0.36%时,黏聚力增加了64.91%;主应力差随应变的增加显著,当轴向变形>2%时,主应力差变化缓慢;试样破坏时表现为剪胀破坏,产生纵向裂缝;随着围压的增大,根土复合体破坏的剪胀效应减弱;初始切线模量随围压及含根量的增大而增大;根土复合体破坏应力比最大值为0.99,最小值为0.63;基于含根量的变化,非线性强度破坏准则反映了根土复合体的破坏特性,破坏包络线在低围压下表现为非线性,高围压下为线性,线性与非线性变化的临界应力与围压的大小有关。     

土工格栅与砂垫层界面力学特性试验研究

筋土间相互作用是加筋土强度提高的根本原因,是土工合成材料加筋加固应用中的核心问题。通过室内拉拔试验,分析了法向应力、砂垫层厚度、土工格栅横肋间距3个因素对加筋体极限拉拔力的影响,从宏观角度揭示了筋土界面间的力学特性。结果表明:增设5 cm厚的砂垫层后,格栅的极限拉拔力得到显著提高;高法向应力下,砂垫层厚度对拉拔试验结果影响更显著;在土工格栅加筋软土体中,增大横肋间距会减小筋土界面摩擦角,但是对黏聚力影响不大;格栅网格形态是筋土界面特性的重要影响因素。     

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。     

土工格栅横肋在加筋作用中贡献的试验研究

土工格栅对土的加固机理在于格栅与土的相互作用, 其中, 格栅横肋所起的作用十分重要。借助于室内中型拉拔试验, 分析了单向土工格栅和双向土工格栅横肋的受力特点。试验结果表明:横肋在土工格栅拔出过程中提供超过30%的摩擦阻力;去掉土工格栅的横肋后, 界面摩擦因数和黏聚力都产生了较大幅度的降低;试验过程中所测出来的拉拔力中仍然有一部分是由于格栅横肋作用所产生的力, 最终计算结果要小于格栅横肋实际发挥时的结果。     

土壤含水量和压实度对植被护坡加固效果的影响

植被护坡在土木工程中应用广泛,其效果受土壤含水量、土壤密度、根系分布、植物种类和植物年龄等因素的影响。采用三轴剪切试验,通过在土样中加入绳索模拟植物根系的加固效果,研究土壤含水量和压实度对植被护坡加固效果的影响。结果表明,土壤压实度越高,植物根系的加固作用越明显。当土壤压实度为75%时,植物根系的加固效果并不显著;当土壤压实度达到85%时,最大主应力差值将增加约20%～30%。土壤黏聚力和内摩擦角也表现出相似的变化趋势：(1)无论是否有植物根系的加固作用,随土壤含水量的增加,土壤黏聚力表现出先增加、在土壤含水量达到14%后再降低的变化趋势。(2)随着土壤含水量的增加,内摩擦角不断减小,植物根系对内摩擦角的影响随土壤含水量的增加而减小。研究结果可为植被护坡设计提供参考依据。     

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。     

典型草本植物防护砂性土边坡表层土体作用分析

通过典型草本植物护坡含根系砂性土直剪试验,得到草本植物防护作用下砂性土边坡表层含根系土的抗剪强度,分析了典型草本植物通过根系力学作用及植被水文效应两方面对砂性土边坡表层土体的防护作用。草本植物能够有效截留降雨、削弱溅蚀,抑制地表径流、控制土粒流失、降低孔隙水压力、提升土体黏聚力,以及增加土体抗剪强度。     

两种植物根分布特征及其对露天矿边坡表层的加固效果

为研究露天矿排土场边坡植物根的分布特征及加固效果,以海州露天矿西排土场为研究地点,以杠柳(灌木植物)和小蓬草(草本植物)为研究对象,每种植物选择5个样本,采用图片像素换算,确定不同深度(2、4、6、8、10、12和14 cm)土壤剖面上根面积比(RAR)分布;并采用拉力计测量两种植物根的抗拉力学特性;进一步通过纤维束模型计算,量化不同深度土壤剖面上根的附加黏聚力;并建立排土场理想边坡模型,研究两种植物根对边坡浅层稳定性的影响。研究结果表明,两种植物的RAR均值随着土壤剖面深度的增加而减小,每一个物种的RAR在不同深度土壤剖面存在显著性差异;两种植物根的抗拉力与根直径呈现幂律函数关系,且根直径相同时,小蓬草根的抗拉力高于杠柳;两种植物根附加黏聚力随深度的增加而减小,每一种植物根附加黏聚力在不同深度上存在显著性差异;RAR与根附加黏聚力随着根深度的增加,其数据离散性减小;两种植物根系对边坡起到明显的加固效果,杠柳和小蓬草根系加固后,安全系数分别提升了5.4%和9.0%。     

林木根系对坡面土崩解特性的影响

林木根系能大大增强坡面土抗崩解能力。首先制作不同直径、含根量、分布形式、含水量的根系重塑土样,然后对不同条件下根-土复合体进行崩解试验,分析了林木坡面土体崩解特性的影响因素。实验数据表明:根系直径相同时,复合土含水量从15%增加到25%,水平根系的复合土抗崩解能力减小较快,垂直根系及复合根系抗崩解能力减小较慢;含水量一定时,3种根系分布形式的复合土抗崩解能力随根系直径和数量的增大而增大;根系直径和复合体含水量一定时,复合根系的根土复合体抗崩解能力最强,垂直根系次之,水平根系最弱。由此可以得出:林木根系影响土崩解的主要因素是根系分布形式,其次为土的含水量及根系直径,这对选择适宜林木植物护坡具有一定的借鉴作用。     

加筋膨胀土边坡土工格栅的导水作用研究

通过4组湖北力特生产的BOP系列小尺寸单向格栅不同加筋方式的膨胀土三轴固结排水试验,研究了土工格栅的导水作用,并在现场试验中得到验证。研究结果表明:低围压下土工格栅的导水作用显著,且随着围压的增大,导水作用减小;加筋膨胀土中土工格栅不仅提高了土体强度,还增添了导水通道。因此,在加筋土坡设计中,要充分考虑格栅加筋后加筋土层渗流状态的变化,合理地发挥加筋土层的优势。     

喀斯特地区灌木根系力学特性及WU模型适用性研究

植物根系力学特性(抗拉、抗剪)是决定水土保持的关键因素。为研究喀斯特地区灌木根系的护坡力学效应,以多花木蓝和双荚决明根系为研究对象,通过室内单根拉拔和根土复合体直剪试验,探讨单根拉伸特性与根土复合体剪切特性的关系,并探讨WU模型的适用性。结果表明:随根径的增加,抗拉强度总体呈下降趋势,因树种的不同,趋势不尽一致;单根抗拉强度和根土间的摩擦共同影响根土复合体抗剪特性,前者影响最大,后者的影响相对有限,以细根和粗根搭配使用较优;WU模型在喀斯特地区经修正可适用,但不同的植物具有不同的修正系数。研究结果将为喀斯特地区生态恢复、边坡绿化树种筛选及配置奠定良好的基础。     

露天矿排土场草本植物根系加固效果

为了研究露天矿排土场草本植物根系的加固效果,以当地生长的早熟禾、碱蓬和马唐3种草本植物为研究对象,通过植物根系的抗拉强度试验、原位剪切试验和Wu-Waldron模型(WWM)计算,确定WWM模型修正因子,进而采用修正后的WWM模型,结合不同深度土壤剖面上植物根系的几何分布特性,量化排土场草本植物根系的黏聚力。结果表明:3种草本植物根系的抗拉强度与直径呈现幂律函数关系,抗拉强度均随植物根系直径的增大而非线性减小,3种草本植物根系的抗拉强度存在显著性差异(p<0.05);马唐根系加固下,根土复合体存在更大的抗剪力,且在峰值剪力后,马唐根系加固的根土复合体最稳定;WWM模型高估了植物根系的加固效果,高估的程度因物种的不同而不同,对3种草本植物根系加固的WWM模型进行修正,早熟禾、碱蓬与马唐根系的修正因子分别为0.58、0.27和0.88;3种草本植物根系面积比与根系黏聚力均随着土壤深度的增加而减小;马唐根系在当地的加固效果最优。     

第八届中国土工合成材料会议论文：土工格栅加筋高土石坝的动力弹塑性分析

本文在高土石坝动力反应特性的基础上,建立了土工格栅加筋高土石坝的弹塑性分析模型,并利用该模型对土工格栅加筋高土石坝的受力情况、变形和破坏机理进行研究,分析了土工格栅的连接方式、长度、刚度以及铺设间距等参数对高土石坝变形的影响。计算结果表明,选择模量高,延伸率适宜的土工格栅对减少坝顶的位移和提高坝体的稳定性具有明显效果;土工格栅所受内力从下往上逐渐减小,最大内力出现在底层;格栅长度超过潜在滑裂面一定长度后,再增加格栅长度对永久位移的影响已不是很明显。     

波形纤维对砂质黏性紫色土力学性能的影响

加筋土目前已被广泛运用在加固软土地基、边坡、挡土墙等工程中,其中纤维加筋土作为一种新型复合材料,因其具备相对均质的、近似各向同性的性质而备受关注。为研究波形聚丙烯纤维对砂质黏性紫色土力学性能的影响,通过控制纤维含量（0.2%,0.3%,0.4%）、长度（20,30,40 mm）两个因素进行无侧限压缩和三轴压缩试验。结果表明：随着波形纤维含量的增加,加筋土无侧限抗压强度呈现先增大后减小的趋势,在纤维掺量为0.3%时,无侧限抗压强度和残余强度均达到最大值;纤维长度对加筋土无侧限抗压强度也有影响,纤维长度大于20 mm时,会提高无侧限抗压强度,但同时也会削弱破坏韧性;随着纤维含量和长度的增加,试样的凝聚力升高、内摩擦角降低。     

饱水格栅加筋土挡墙结构特性数值分析*

格栅加筋土挡墙由面板、格栅和土体组成。本文根据加筋土挡墙筋土相互作用的特点，将格栅与其上下表面一定厚度的土层视为具有应变相容条件的筋土复合材料。引入饱和多孔介质模型来模拟土体和筋土复合材料，由此建立了饱水格栅加筋土挡墙结构特性数值分析的数学模型。采用Galerkin加权残值法推导出有限元平衡方程，求解该方程，得到饱水格栅加筋土挡墙的动力响应。算例分析表明，格栅加筋土挡墙在饱水状态下的变形和塑性区分布有明显增大，且呈现外倾变形特征，挡墙的承载力也有较大幅度的降低。