應(yīng)力路徑對根-土復(fù)合體力學(xué)特性影響試驗(yàn)研究.pdf

1、生態(tài)護(hù)坡技術(shù)作為一門工程技術(shù)，已經(jīng)在公路邊坡防護(hù)工程中得到了廣泛的應(yīng)用，但目前對生態(tài)護(hù)坡機(jī)理的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于工程實(shí)踐。本文依托國家林業(yè)局948項(xiàng)目“林草一體化高穩(wěn)定性生態(tài)護(hù)坡技術(shù)引進(jìn)”（項(xiàng)目號:2012-4-76）、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“強(qiáng)度林草混交根系成型機(jī)理與邊坡根系土體加固機(jī)制研究”（項(xiàng)目號:31270671）和湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“植物邊坡力學(xué)特性研究”(項(xiàng)目號:12JJ5015)等開展了應(yīng)力路徑對根-土復(fù)合體力學(xué)特性影響的

2、試驗(yàn)研究和相關(guān)理論探索。
　　本文在收集、分析國內(nèi)外資料的基礎(chǔ)上，探索了包括根系分布形態(tài)、根密度、根系抗拉強(qiáng)度等因素對生態(tài)邊坡穩(wěn)定的影響規(guī)律?；谕亮W(xué)、彈塑性力學(xué)、水土保持學(xué)、數(shù)學(xué)等原理和方法，采用室外試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合，試驗(yàn)研究與理論分析相結(jié)合的方法探討了香根草根系的形態(tài)分布規(guī)律;構(gòu)建了香根草根系形態(tài)分布平面簡化模型。在國內(nèi)外已有研究的基礎(chǔ)上，開展了一系列針對以香根草和黏性土組成的根-土復(fù)合體在不同固結(jié)方式、不同應(yīng)力路徑條件

3、下的試驗(yàn)研究。探索了不同固結(jié)方式、不同應(yīng)力路徑對根-土復(fù)合體的強(qiáng)度和變形特性的影響規(guī)律?；谛拚齽蚰Ｐ停ㄟ^修改臨界狀態(tài)線的擬合方式，構(gòu)建了符合根-土復(fù)合體力學(xué)特性的本構(gòu)模型。研究工作的主要內(nèi)容和所取得的創(chuàng)新性結(jié)論如下。
　　一、香根草根系分布規(guī)律研究
　　通過對四株在模型箱中生長了兩年、具有代表性的香根草根系進(jìn)行調(diào)查量測，發(fā)現(xiàn)香根草垂直主根入土最深，心根非常發(fā)達(dá)，骨架結(jié)構(gòu)主要由主根和心根組成，屬于垂直根型植物。香根草根系

4、的直徑隨其長度伸長而不斷減小。運(yùn)用自相似理論和管狀模型預(yù)測香根草根系剖面的根系全長、連結(jié)直徑和根系生物量等?；贔racRoot模型，建立了符合香根草特征的根系形態(tài)分布模型，并應(yīng)用“微根區(qū)管成像法”，驗(yàn)證了所建立的根系生長全生命周期動態(tài)模型的可靠性。
　　二、根-土復(fù)合體力學(xué)特性研究
　　通過對相同根系密度的根-土復(fù)合體進(jìn)行了在不同固結(jié)方式和不同應(yīng)力路徑條件下的系列三軸剪切試驗(yàn)，研究了根-土復(fù)合體力學(xué)特性，得到了如下結(jié)論:<

5、br>　　(1)根系的存在明顯地增強(qiáng)了根-土復(fù)合體的抗剪強(qiáng)度，說明香根草根系能夠起到很好的固土作用，提高邊坡穩(wěn)定性。在不同固結(jié)方式、不同應(yīng)力路徑條件下，根-土復(fù)合體的強(qiáng)度較無根素土均有不同程度的提高。香根草根系對根-土復(fù)合體的粘聚力和內(nèi)摩擦角的貢獻(xiàn)大小取決于應(yīng)力路徑的影響。
　　(2)無論根-土復(fù)合體還是無根素土，相同圍壓條件下，K0固結(jié)試樣要比等向固結(jié)試樣的抗剪強(qiáng)度高。這與通過普通三軸試驗(yàn)或減壓三軸試驗(yàn)得到的結(jié)論是一致的。說明在

6、確定邊坡土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)時，需要考慮固結(jié)方式的影響。
　　(3)對于同一種三軸試驗(yàn)，在相同固結(jié)條件下，根-土復(fù)合體與無根素土具有相似的臨界狀態(tài)線。臨界狀態(tài)線在應(yīng)力水平較低時表現(xiàn)為非線性，非線性程度隨著應(yīng)力水平的提高而逐漸減弱。根-土復(fù)合體的臨界狀態(tài)線服從冪函數(shù)曲線發(fā)展。
　　(4)相同固結(jié)路徑條件下，無論進(jìn)行何種三軸試驗(yàn)（等q試驗(yàn)除外），根-土復(fù)合體與無根素土的有效應(yīng)力路徑具有相似性。各有效應(yīng)力路徑大體保持平行，且不超越各