生态护坡中植被根系与均质土相互物理作用机理研究

摘要

由于传统护坡工程具有易老化，维护成本高，可持续性差的缺点，采用绿色植被进行态护坡被越来越多的国家所重视。植物根系固土是近年来多学科交叉研究的热点问题，受到广泛关注。它是一种利用植被涵水固土的原理稳定边坡的同时美化生态环境的新型工程技术，涉及岩土工程学、生态学、植物力学、数学等多学科。植物根系加固边坡作为中一种新的边坡防护技术，已经成为一种新的防护趋势，并代表着边坡防护的发展方向。
　　 本文在研究国内外大量有关生态防护和根系固坡力学文献资料的基础上，以湖北省武黄高速公路鄂州某段为实际背景，选取黑麦草的草根为试验对象，针对目前国内植被护坡力学效应研究的现状，作了一系列探讨和研究。
　　 主要研究成果如下：
　　 (1)在分析和总结了根系固坡的力学护坡机理上，通过大量的单根抗拔拉试验和室内直剪试验，建立了抗拉力和抗拉强度与根系直径的回归方程，同时探讨了植物根系的分布密度、土体含水量对土壤抗剪强度的影响。结果表明：植物根系可以明显提高土体的抗剪强度；随着含水量的增加，土体和根土复合体的抗剪强度会下降；相同含水率下随着根系密度的不断增大，根土复合体的粘聚力也不断增大，而内摩擦角的增量不明显。另外，根系不同的分布方式对根土复合体的抗剪强度有不同影响。
　　 (2)通过有限元分析表明，草根能够降低浅层土体中的应力水平，即能改变浅层土体的应力应变状态；草根增加了浅层土体的粘聚力，对边坡的稳定是有利的，但对深层的土体影响不明显。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1本课题的研究意义

1.2本课题的研究背景

1.3国内外研究现状

1.4本文主要研究内容

第2章生态护坡的理论基础

2.1生态护坡的概念

2.2边坡植被的生态护坡机理

2.2.1植被固坡的生态效应

2.2.2植被固坡的水文效应

2.3根系固坡的力学护坡机理

2.3.1植物根系的分布特征

2.3.2草本植物根系分布

2.3.3草本根系固坡的力学护坡机理

2.3.4草本植物根-土相互作用力学模型

第3章植被根系与土体相互作用的力学分析

3.1植物根系抗拉强度试验研究

3.1.1黑麦草生物特性概述

3.1.2根系抗拉强度试验

3.2根土复合体抗剪强度试验研究

3.2.1根土复合体抗剪强度试验研究

3.2.2根系分布方式对土体抗剪强度的影响

3.2.3试验误差分析

3.3本章小结

第4章根系固土的有限元数值模拟

4.1有限元概述

4.2边坡稳定分析方法综述

4.3非线性有限元分析方法

4.4根土相互作用的有限元计算模型

4.4.1土体单元模型与本构关系

4.4.2根系-土壤相互作用面的模型

4.5 ANSYS有限元程序简介

4.6计算结果分析

4.6.1建立模型

4.6.2数值模拟结果分析

4.7本章小结

第5章结论与展望

5.1本文主要结论

5.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目