现浇生态混凝土在高速公路高陡边坡中的应用研究

摘要

随着我国政府对生态环保事业日益重视，生态护坡作为环境岩土工程的研究分支也越来越受到重视。生态护坡包括了技术创新与材料创新两方面。与传统护坡不同，它将边坡治理（稳定性、坡面防护等）和边坡生态恢复性能有机融合，打破了以往用水泥、石块、框架格、锚杆（索）护坡仅注重治理或用草种护坡仅注重生态的单一性，本文所用的护坡材料是一种生态混凝土。
　　 本文基于前人对它的基本性能（强度、孔隙率、透水性、耐久性能等）单一指标研究的基础上，对强度、孔隙率、透水性三者之间的耦合关系进行了试验研究。先从综合分析生态混凝土的电子显微影像（微观）和切面的二值化图像（宏观）出发，提出了植生型生态混凝土内部的孔隙特征，即包含了上下半连通孔隙、上下连通孔隙、内部封闭孔隙。并提出了表面二维孔隙特征、内部三维孔隙特征、孔隙的优化级配等相关理论及相关值测定的试验设计。本文对路堑高陡边坡的稳定性理论也进行了相关研究，利用考虑安全储备的Drucker-Prager准则并结合工程的实例进行了工程边坡的数值模拟和软件计算。
　　 其次，本文对生态混凝土护坡的防冲刷机理进行了数学建模和试验分析。计算结果表明，在其他条件一定，糙率值n越大，雨水径流最大的速度v越小，径流时对坡体的破坏强度越大。但生态混凝土护坡植被和基质有很大的表面刚度，径流时对坡体的破坏强度越大并不会对坡面有较大的破坏。因此，它相比单一植被护坡或裸露土质具有较好的表面冲刷防护能力，同时减缓雨滴强度，降低雨滴接触坡面时对坡面的侵蚀，进而减少坑沟和裂缝的产生，阻止了雨水向坡体深处的入渗而引发的土坡坍塌、泥石流、滑坡等地质灾害。
　　 最后，利用生态恢复的原理并结合工程应用，从测定的绿地面积变化的指标，对生态混凝土护坡的生态恢复情况进行了预测。通过对预测结果的分析和后续的生态恢复情况观察表明:生态混凝土对边坡的水土保持、植被恢复、环境美化等具有良好的社会效益和生态价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 生态混凝土的国内外研究现状

1．2．1 国外生态混凝土的研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 生态护坡与传统护坡的比较

1．3．1 传统护坡的方法

1．3．2 生态护坡方法的介绍

1．4 本文研究的主要内容

第二章 护坡用生态混凝土材料性能的研究

2．1 生态混凝土的分类

2．1．1 根据用途进行的分类

2．1．2 根据结构形式的分类

2．1．3 根据施工方式的分类

2．2 试验的原材料及基本性能

2．3 生态混凝土的微观结构分析

2．4 生态混凝土孔隙结构分布

2．5 透水性、强度与孔隙率的关系

2．5．1 二维RⅡ的试验方案设计

2．5．2 三维RⅢ的试验方案设计

2．6 力学性能试验研究

2．7 本章小结

第三章 路堑高陡边坡稳定性理论的研究

3．1 边坡的稳定性理论

3．2 高边坡病害类型及滑坡分类

3．3 边坡稳定性的数值模拟

3．3．1 弹塑性材料安全系数的定义

3．3．2 有限元数值模拟

3．4 利用理正软件对边坡的稳定性计算

3．5 本章小结

第四章 生态混凝土与土的接触效应研究

4．1 混凝土与土接触面的相互作用

4．1．1 混凝土与土相互作用的研究现状

4．1．2 框架格护坡病害实例

4．2 生态混凝土与土接触面的级配关系

4．3 接触模型

4．4 接触效应

4．4．1 力学接触效应

4．4．2 几何接触效应

4．4．3 生物接触效应

4．4．4 化学接触效应

4．5 本章小结

第五章 生态混凝土护坡的冲刷机理

5．1 土壤侵蚀与滑坡、泥石流灾害

5．2 降雨对坡面的侵蚀类型

5．2．1 坡面溅蚀

5．2．2 坡面面蚀

5．2．3 坡面沟蚀

5．3 生态混凝土护坡的冲刷机理

5．4 本章小结

第六章 护坡用生态混凝土的工程应用及生态恢复性研究

6．1 生态恢复的概念及原理

6．1．1 生态恢复的概念

6．1．2 生态恢复的原理

6．2 基于灰色理论系统对生态恢复的预测

6．3 工程应用实例

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文及参与的科研项目