寒区植被边坡冻融特性试验分析研究

论文摘要

土体冻融是地质灾害的种类之一，它可产生一系列灾害作用，从而给生产建设和人民生活造成危害。比如，我国东北北部冻土区有10%的路段存在冻融病害，个别线路病害路段达60%-70%。青藏公路严重的冻融灾害给安全运输、道路养护、施工造成了极大的困难。据日本北海道地区的调查，边坡滑塌事故中土体冻融起因占到40%。气温的周期性变化引起土体反复的冻结与融化，从而导致土体或岩体的扰动、变形、破坏。冻融作用是冻融侵蚀的主要原因。伴随着冻胀、融化的过程，土颗粒或岩屑颗粒的体积由膨胀变成收缩状态，膨胀时土颗粒垂直于斜坡方向上抬，收缩下落时沿重力方向直落而下，每次胀缩土粒或岩屑从原来的位置向下移动一段微小距离。此外，当土粒体积膨胀时会发生相互挤压，有时当颗粒体积收缩时，土粒之间如有空隙，使上部土粒失去支撑，也引起向下蠕动。即使不至于边坡失稳，但不断地冻融作用也会使土体出现密度和强度降低的松弛现象。本文以与日本北见工业大学合作项目《寒区边坡冻融侵蚀机理及其防护研究》为依托，对设在日本国立北见工业大学冻土试验场的植被边坡进行了冻融侵蚀性研究。试验边坡由客土喷播、客土喷播+三维网、铺草皮、铺草皮+三维网4个区间构成。通过对坡面含水比、土体温度、冻胀量、移动量的3个冻结融解周期的动态观测，捕捉了冻融过程中植被坡面的实际运动，得出土体的冻融是一个动态变化的过程。研究结果表明：土质、温度、植被覆盖、含水量及其变化是影响土体冻胀量和移动量的关键因素；坡面含水比的不同分布和温度的差异引起坡脚侧的冻胀量大于坡顶侧的冻胀量；冻胀量越大，向下滑移量越大；由于冻结面不平行于坡面，冻结初期发生了沿斜坡向上的移动量。坡面移动量年年累积，经过3个冻融周期后移动量的最大值达到10.2cm，其移动量与冻胀量、草坪的长势即根系的发育密切相关；而且植被具有明显的抑制冻胀作用，不同护坡植的抑制冻胀作用不同。本研究对治理寒区边坡具有指导工程实践，丰富设计施工理论的重要意义。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状及进展
• 1.2.1 寒区边坡研究现状
• 1.2.2 寒区边坡冻融特性研究进展
• 1.2.3 植被护坡国内外研究现状与展望
• 1.3 研究内容及技术路线
• 2 植被护坡技术
• 2.1 植被护坡理论
• 2.2 铺草皮护坡
• 2.2.1 铺草皮护坡特点
• 2.2.2 草皮生产技术
• 2.2.3 铺草皮护坡施工流程
• 2.3 客土喷播技术护坡
• 2.3.1 客土喷播技术特点
• 2.3.2 客土喷播技术基本原理
• 2.3.3 客土喷播技术适用区域
• 2.3.4 客土喷播技术施工季节
• 2.3.5 客土喷播技术物种选择要求
• 2.3.6 客土喷播技术施工流程
• 2.4 三维植被网护坡技术
• 2.4.1 三维植被网结构
• 2.4.2 三维植被网护坡特点
• 2.4.3 三维植被网护坡基本原理
• 2.4.4 三维植被网护坡作用
• 2.4.5 三维植被网护坡适用区域
• 2.4.6 三维植被网护坡施工季节
• 2.4.7 三维植被网护坡物种选择和材料设备要求
• 2.4.8 三维植被网护坡施工流程
• 3 试验边坡
• 3.1 植被边坡试验
• 3.1.1 铺草皮区间
• 3.1.2 客土喷播区间
• 3.1.3 铺草皮+三维网区间
• 3.1.4 客土喷播+三维网区间
• 3.2 测试内容
• 3.2.1 温度
• 3.2.2 冻结深度
• 3.2.3 坡面冻胀量
• 3.2.4 坡面移动量
• 3.3 测定结果
• 3.3.1 试验期间的气象条件和平坦地的冻结-冻胀
• 3.3.2 植被坡面的冻结-冻胀
• 3.3.3 坡面温度的分布
• 3.3.4 冻胀量
• 3.3.5 移动量
• 3.3.6 坡面含水比分布
• 3.4 试验分析
• 3.4.1 冻融过程中边坡的变化
• 3.4.2 本章小结
• 4 结论与展望
• 4.1 本文结论
• 4.2 不足与展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集