高寒山區(qū)植物根系固化邊坡機理分析.pdf

1、我國交通基礎設施建設規(guī)模大，高速公路、鐵路進入高寒山區(qū)，造成大量人工邊坡的形成，導致沿線本已脆弱的生態(tài)環(huán)境受到破壞，不利于經濟建設的可持續(xù)發(fā)展。植物護坡技術將穩(wěn)定邊坡和生態(tài)恢復有機地結合起來，通過其根系與巖土的相互作用對邊坡進行防護、加固，在滿足坡體整體穩(wěn)定的同時，恢復沿線的生態(tài)環(huán)境，是一種有效的生態(tài)護坡手段。
　　首先，論文從植物生物特性的護坡效應和植物根系固坡的力學效應兩方面對植物的護坡作用進行闡述，分析了邊坡穩(wěn)定性的基本理論

2、、研究意義以及其影響因素，并介紹了兩種常用的邊坡穩(wěn)定性分析方法，即極限平衡法和有限單元法。
　　其次，論文通過離心試驗的原理分析，確定了根系固坡模型的試件尺寸及制備材料，并針對植株間距及根系的不同入土深度，擬定出植株加固邊坡的8種工況，隨后開展各工況下離心試驗，得到以下結論:
　　1)通過觀察離心模型試驗過程中的坡體變形，發(fā)現素土邊坡的破壞具有突發(fā)性，而根系固坡邊坡破壞表現出一定的漸進性，破壞狀態(tài)持續(xù)時間更長，破壞時的加速度

3、更大。由此說明，植物固坡邊坡能夠通過根系分布進行應力調整，使坡體各部分在受力和變形上形成統(tǒng)一整體。
　　2)通過觀察離心試驗后關鍵點的位移情況，發(fā)現合理的植株間距對坡體關鍵點位移限制作用更大，說明優(yōu)化植株間距能夠有效拓展其根系在土體空間中的分布范圍，強化根與根、根與土之間的聯結。
　　3)通過觀察離心試驗停機后關鍵點的位移情況，發(fā)現在素邊坡上植入更深根系的植株，其根系會發(fā)揮出更大的力學作用，從而限制坡體在豎直方向上的沉降以及

4、水平方向的位移，有效約束坡體變形和破壞。
　　第三，論文將有限元法引入植物固坡穩(wěn)定性分析中，構建出植株根系簡化模型以及植樹邊坡有限元模型，在此基礎上以植株間距、植株數量及植株根系深度為變量進行分析，采用有限元強度折減分析方法，計算出各條件下邊坡的安全系數以及與離心試驗對應工況邊坡關鍵點的位移。
　　最后，論文將離心模型試驗數據與有限元數值模擬結果進行對比驗證，發(fā)現數值模擬結果具有良好的可靠性，同時得到了如下結論:
　　

5、1)植株間距過小，各根系在加筋及錨固區(qū)域易互相重疊，從而影響根段上拉力的發(fā)揮;植株間距過大，其淺層根系在地面以下難以互相聯系而共同抵抗下滑力。由此可見，合理的植株間距能夠有效提高邊坡安全系數。
　　2)邊坡栽種植株面積越大，加筋、錨固效果越明顯，邊坡安全系數也就越大。同時，不同數量植株的固坡效果也受到種植方向的影響。
　　3)理論上植株根系深度越深，對邊坡的安全系數增加越有效，但這種效果會受到根系加固位置所在塑性區(qū)域深度的影