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植被根系固土力学机理试验研究

作　者: 王磊
导　师: 杨平
学　校: 南京林业大学
专　业: 岩土工程
关键词: 植被护坡根系密度抗拉强度根土复合体三轴剪切抗剪强度
分类号: TU43
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,随着国民经济的快速发展,全国各地大兴土木,各项基础设施建设纷纷开展。大量基础设施的建设,在满足人们自身生存和生活需要的同时,也在一定程度上破坏了自然界原有的生态环境。尤其是在高速公路、铁路、水利水电等大型基础设施建设中,经常有大量的深挖高填,破坏了土体的原有结构和原有植被,造成大量的裸露边坡。这些人工边坡可能存在如滑坡、坍塌、泥石流等安全隐患,还可能会带来水土流失、局部小气候恶化及生物链破坏等环境问题。传统的工程防护措施虽然能加固人工边坡,但完全封闭了植被生长的环境,破坏了原有的生态环境,不利于环境保护和可持续发展。随着人们环境保护意识的增强和对环境要求的提高,植被护坡技术应运而生。与传统的护坡技术相比,植被护坡技术具有工程造价低、服务年限长、景观效果好等优势,现已逐步替代传统的单一工程护坡,广泛应用于高速公路、铁路、水利水电等工程的坡面防护与绿化中。在植被护坡工程研究领域,根系的固土力学机理是近年来多学科交叉研究的热点问题,受到广泛关注。本论文选取在宁杭、宁常高速公路中较常用的一类草本植物狗牙根和一类木本植物夹竹桃进行相关力学试验研究,所做的主要工作和取得的主要结论如下：(1)在高速公路植被护坡范围内,进行现场调研,研究了根系的分布形态与密度。得出根系密度随土层深度的增加而减小的规律。(2)分别运用WZL-300纸张拉力仪和TGH-2B型万能试验机,测试狗牙根与夹竹桃两种植物根系的抗拉强度。得出植物根系的抗拉强度随植物根系直径的增大而减小的规律,并给出了根系直径与抗拉强度的相关拟合公式。(3)运用GDS三轴试验系统,首次将两种植物根系与土体位置分为倾斜、水平、垂直、相交、混合五种不同形式,研究根系不同布置方式对土体强度的影响规律。分别做了狗牙根与夹竹桃两种根系加根土的GDS三轴试验,得到素土与加根土的应力——应变关系和抗剪强度参数值。(4)比较素土和加根土的应力——应变关系,发现狗牙根根系的加筋作用只有当应变达到一定程度(>2%)时才能发挥出来,而夹竹桃根系加根土增强土体强度作用在应变很小时就能发挥出来。说明两种不同性质的根系具有不同的加固机理。(5)比较素土和加根土的抗剪强度参数值,得出了根系的存在能增强土体抗剪强度的结论。对比根系不同放置方式加根土的抗剪强度参数值,得到了根系不同布置方式对土体强度增强作用由大到小排序为混合放置>相交放置>竖直放置>水平放置>倾斜放置。(6)对比狗牙根与夹竹桃两种植物根系对土体强度的增强效果,研究不同性质的根系对土体强度的增强规律。得出狗牙根根系增强土体抗剪强度主要体现在增大土体粘聚力上,对内摩擦角的影响不大。而夹竹桃根系增强土体抗剪强度体现在同时增大土体粘聚力和内摩擦角上,其增强土体强度的能力比狗牙根根系更大。

全文目录

致谢  3-4
摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-18
  1.1 课题研究的背景与意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-16
    1.2.1 国外工程实践应用研究现状  10-11
    1.2.2 国外室内试验与理论研究现状  11-13
    1.2.3 国内工程应用研究现状  13-15
    1.2.4 国内室内试验与理论研究现状  15-16
  1.3 课题研究的主要内容  16-17
  1.4 课题研究的方法与技术路线  17-18
第二章植被护坡工程相关理论研究  18-34
  2.1 引言  18-19
  2.2 边坡防护的相关理论简介  19-24
    2.2.1 基于植被护坡工程的边坡分类  19-21
    2.2.2 边坡的主要破坏类型  21-22
    2.2.3 影响边坡稳定性的主要因素  22-24
  2.3 植被护坡机理分析  24-34
    2.3.1 力学效应  25-31
    2.3.2 水文效应  31-32
    2.3.3 其他作用  32-34
第三章现场调研与根系拉伸试验研究  34-48
  3.1 研究试验区概况  34-35
  3.2 现场调研  35-41
    3.2.1 植物种类的选择  35
    3.2.2 地上部分调研分析  35-37
    3.2.3 根系生长形态  37-39
    3.2.4 土中根的分布密度与深度特征  39-41
  3.3 根系拉伸试验  41-46
    3.3.1 根系材料采集与处理  41
    3.3.2 狗牙根根系拉伸试验  41-44
    3.3.3 夹竹桃根系拉伸试验  44-46
  3.4 本章小结  46-48
第四章加根土三轴剪切试验研究  48-69
  4.1 土体抗剪强度试验方法比选  48-49
  4.2 GDS三轴试验简介  49-52
    4.2.1 GDS三轴试验仪器硬件系统  49-51
    4.2.2 GDS三轴试验仪器软件系统  51-52
  4.3 土的常规物理与力学性能试验  52-53
  4.4 加根土体三轴剪切试验  53-58
    4.4.1 试验方案  53-54
    4.4.2 试验材料  54
    4.4.3 试验方法  54-58
  4.5 狗牙根根系加筋土试验结果分析  58-64
    4.5.1 主应力差(∑_1-∑_3)与轴向应变(E_1)的关系  58-60
    4.5.2 试样破坏荷载分析  60-61
    4.5.3 试样的抗剪强度参数比较  61-64
  4.6 夹竹桃根系加筋土试验结果分析  64-69
    4.6.1 主应力差(∑_1-∑_3)与轴向应变(E_1)的关系  64-65
    4.6.2 试样破坏荷载分析  65-67
    4.6.3 试样的抗剪强度参数比较  67-69
第五章结论与展望  69-71
  5.1 研究取得的主要结论  69
  5.2 研究存在的不足  69-70
  5.3 研究展望  70-71
附件:三轴试验土体抗剪强度包络线和抗剪强度参数MATLAB运算程序  71-73
参考文献  73-76
详细摘要  76-78
Abstract  78-79

植被根系固土力学机理试验研究

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