植物根系固坡对边坡稳定性影响的数值分析

论文摘要

改革开放以来,我国经济发展迅速,公路、铁路等基础设施得到了长足的发展,由此形成了大量的人工边坡。这些人工边坡大都破坏了边坡的原始生态环境,并且造成大量的土石方浪费。在这种情况下,寻找一种既能防护边坡又能保持生态环境的合理的边坡防护方法就成了函待解决的问题。植被护坡技术作为一门工程技术,已经在边坡治理中得到了广泛的应用。利用根系发达的植物进行边坡防护与加固,不仅有利于边坡的稳定,也利于环境保护,近年来受到普遍关注,但是目前人们对其研究的步伐却滞后于工程实践中的应用。从现有的研究材料来看,人们对植被护坡技术的研究只是停留在定性认识阶段,因此对植物根系防护边坡的机理展开就显得十分的必要。本文首先通过文献调研,总结了前人的研究成果,论述了植物根系的形态及其相关的护坡效应;随后通过理论推导得出了根系对边坡的加筋、锚固、牵引等力学效应以及植物根系锚固边坡的力学计算模型;在此基础上建立有限元模型论述植物根系加固边坡的各种影响因素,并和水泥浆加固边坡进行对比,探讨两种边坡加固方式的优劣性。最后总结了如何选择边坡防护植物以及具体的防护方法、施工方案,并给出了相关的建议。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出和研究意义
• 1.2 常用固坡方法简述
• 1.2.1 工程固坡
• 1.2.2 植被固坡
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国内研究情况
• 1.3.2 国外研究情况
• 1.4 本文的研究思路和研究内容
• 1.5 数值模拟研究所使用的工具
• 2 植物根系固坡作用的理论分析
• 2.1 植物根系的形态及分布特点
• 2.1.1 植物根系随土层变化的特点
• 2.1.2 木本植物在土层中的分布模型
• 2.2 植物防护边坡的常见效应
• 2.2.1 环境功能
• 2.2.2 水文效应
• 2.3 植物根土相互作用力学模型
• 2.3.1 根的强度
• 2.3.2 草本植物与浅根的边坡表土加筋作用力学分析
• 2.3.3 垂直深根的锚固作用力学分析
• 2.3.4 侧根的斜向牵引效应
• 2.4 植物根系锚固作用的力学计算模型
• 2.4.1 滑动面出现在根系范围外的稳定计算
• 2.4.2 滑动面出现在根系范围内的稳定计算
• 2.4.3 根系的拉断和拨出破坏
• 2.4.4 群根的锚固作用分析
• 2.5 本章小结
• 3 植物根系锚固作用的有限元数值分析
• 3.1 边坡有限元计算力学模型
• 3.1.1 岩土体屈服准则
• 3.1.2 根系力学模型
• 3.1.3 根土相互作用力学模型
• 3.2 有限元强度折减法
• 3.3 计算分析模型
• 3.4 基本假定
• 3.5 计算分析工况
• 3.5.1 工况1：单根根系在坡体中的位置及形态变化对固坡效果的影响
• 3.5.2 工况2：模拟群根的分布形态对固坡效果的影响
• 3.5.3 工况3：满布情况下植物根系形态对固坡效果的影响
• 3.5.4 工况4：满布情况下植物根系布置根数对固坡效果的影响
• 3.5.5 工况5：满布情况下植物根系根长对固坡效果的影响
• 3.5.6 工况6：边坡坡度与坡高变化情况下植物根系对固坡效果的影响
• 3.5.7 工况7：边坡不同c, ? 值对根系固坡效果的影响
• 3.5.8 工况8：植物根系系数对根系固坡效果的影响
• 3.5.9 工况9：边坡表层草本植物对边坡稳定的影响
• 3.6 本章小结
• 4 水泥（砂）浆固坡作用有限元分析及对比
• 4.1 计算方法
• 4.1.1 计算分析模型
• 4.1.2 基本假定
• 4.2 计算工况
• 4.2.1 工况1：植物根系数量与灌浆体强度固坡效果的比较
• 4.2.2 工况2：植物根系长度与灌浆体深度固坡效果的比较
• 4.2.3 工况3：植物根系与灌浆体对不同坡度边坡固坡效果的比较
• 4.2.4 工况4：植物根系与灌浆体固坡对边坡应力的影响比较
• 4.3 结论与评价
• 5 植物根系固坡的设计和施工方法
• 5.1 植物根系固坡的适用条件
• 5.2 植物种类的筛选
• 5.3 备选的固坡植物
• 5.4 植物防护类型
• 5.5 植物防护的施工方案
• 5.6 本章小结
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 进一步的建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录