岩质边坡锚杆-土工网垫喷播植草生态护坡植生层稳定性试验及数值模拟研究

摘要

近年来经济的迅猛发展促进了我国基础设施建设的飞速发展，但是工程建设中对岩土体的开挖、堆填将原有植被覆盖层破坏，直接导致岩质边坡产生大量次生裸地，破坏了工程所在地的生态环境，甚至造成山体滑坡及泥石流等严重次生灾害，危害公共安全。岩质边坡的植被恢复及生态防护技术逐步成为热点关注问题。现有的生态防护技术大多重点关注边坡的深层稳定性，边坡表面护坡植被大多凭借现场施工经验结合现场状况进行铺设，植被生长的植生基质层的稳定性缺乏系统的理论基础指导。本文针对锚杆-土工网垫喷播植生护坡技术这一新型复合型生态护坡技术，从工程角度出发，以生态护坡技术中的植生层土体为研究对象，采用现场试验，室内试验和数值模拟相结合的方法，对锚杆-土工网垫喷播植生护坡技术中植生层土体的稳定性开展研究，对该技术的应用及推广有重要的现实意义和工程价值。
　　本文通过现场试验测定植生层土体的含水量及抗剪强度参数，作为数值模拟中的植生层土体结构单元的取值依据，分析植生层土体中含水量的变化规律和植生层土体沿坡向的位移及变形规律。论文的主要内容与结论如下：
　　(1)选取岩质边坡坡度、三维土工网垫型号、植生密度三项因素开展现场试验，在护坡植被生长最旺盛时期测定带有植物根系的植生层土体的日常生长状态含水量及对应的抗剪强度指标;分析雨水在植生层土体中的入渗过程，并开展降雨模拟试验，测定植生层土体在饱和状态下的含水量及抗剪强度指标，测定降雨后相同时间间隔边坡表面不同位置和植生层土体不同深度的含水量，研究影响植生层土体含水量变化的各种因素。
　　(2)选取岩质边坡坡度、三维土工网垫型号、植生密度、植生层厚度四项因素，应用FLAC3D有限差分软件建立模型。利用室内试验测得的不同含水量状态下植生层土体的抗剪强度参数作为数值模拟时植生层土体单元的取值依据，在大变形模式下分析植生层土体沿坡向位移及植生层土体变形规律。
　　(3)护坡植被可延缓降雨时坡面径流的产生，保护坡面土体，固持水土;降雨后利于植生层土体表面水分的保持。土体中的土工网垫改变了植生层土体的渗透性能，对植生层土体的含水量变化起到抑制作用，有利于岩质边坡表面植生层的深层储水和自身稳定。
　　(4)植生层土体沿坡向位移与植生密度负相关，与植生层厚度、植生层土体含水量、边坡坡度大小正相关。结合现场试验及数值模拟结果，边坡坡度为45°时，植生层厚度可铺设15cm;边坡坡度为60°时植生层厚度最大可铺设10cm;边坡坡度为70°时植生层厚度只能为5cm。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 问题的提出

1．2 国内外岩质生态护坡技术研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 生态护坡中植物根系作用相关理论与研究进展

1．4 植生层含水量变化对土壤物理特性影响

1．5 本文研究内容及技术路线

1．5．1 研究内容

1．5．2 技术路线

第2章 边坡生态防护机理与方法研究

2．1 生态边坡防护技术

2．1．1 土质边坡生态护坡方法

2．1．2 岩质边坡生态护坡方法

2．1．3 边坡生态防护技术中植生基层稳定性研究

2．2 锚杆—土工网垫喷播植生技术生态护坡机理

2．2．1 锚杆—土工网垫喷播植生护坡组成

2．2．2 锚杆固坡机理

2．2．3 植生层稳定机理

2．2．4 挂网喷播植生技术特点

2．2．5 锚杆—土工网垫喷播植生护坡结构设计

2．3 本章小结

第3章 锚杆—土工网垫喷播植生现场试验

3．1 试验方案设计

3．1．1 现场试验影响因素

3．1．2 现场试验设计

3．1．3 试验内容

3．2 试验材料

3．2．1 三维土工网垫

3．2．2 试验草籽类型及配比

3．2．3 植生层组成与配比

3．3 现场试验

3．3．1 现场边坡开挖砌筑

3．3．2 土工网垫铺设固定

3．3．3 现场微润管布设

3．3．4 植生层拌合与喷播

3．4 植生层养护

3．5 试验取样与测取方法

3．5．1 植生层土体取样

3．5．2 土体含水量测定

3．5．3 土体直接剪切试验

3．6 锚杆—土工网垫喷播植生护坡现场试验结果

3．7 本章小结

第4章 生态护坡植生层降雨渗流试验研究

4．1 植生层降雨入渗研究

4．1．1 植生层降雨入渗过程分析

4．1．2 植生层降雨入渗影响因素

4．2 降雨模拟试验设计

4．2．1 降雨模拟试验方案

4．2．2 降雨模拟试验方法

4．3 降雨模拟试验结果及分析

4．3．1 降雨模拟试验结果

4．3．2 降雨模拟试验结果分析

4．4 本章小结

第5章 生态护坡植生层稳定性数值分析

5．1 FLAC3D在生态边坡工程中的应用

5．1．1 FLAC3D概述及特点

5．1．2 FLAC3D计算分析的1般步骤

5．2 植生层失稳及破坏判断标准

5．2．1 植生层整体滑动

5．2．2 植生层局部滑移

5．3 数值模拟及其结果分析

5．3．1 现场试验数值模拟模型建立

5．3．2 现场试验数值模拟结果分析

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 本文研究内容及结论

6．2 存在问题及展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作

致谢