發(fā)布時間：2017-07-30 23:12

  本文關(guān)鍵詞：高寒山區(qū)植物根系固化邊坡機理分析

  更多相關(guān)文章： 高寒山區(qū) 植物固坡 邊坡穩(wěn)定 土工離心模型試驗 有限元法

【摘要】：我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模大,高速公路、鐵路進(jìn)入高寒山區(qū),造成大量人工邊坡的形成,導(dǎo)致沿線本已脆弱的生態(tài)環(huán)境受到破壞,不利于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。植物護(hù)坡技術(shù)將穩(wěn)定邊坡和生態(tài)恢復(fù)有機地結(jié)合起來,通過其根系與巖土的相互作用對邊坡進(jìn)行防護(hù)、加固,在滿足坡體整體穩(wěn)定的同時,恢復(fù)沿線的生態(tài)環(huán)境,是一種有效的生態(tài)護(hù)坡手段。首先,論文從植物生物特性的護(hù)坡效應(yīng)和植物根系固坡的力學(xué)效應(yīng)兩方面對植物的護(hù)坡作用進(jìn)行闡述,分析了邊坡穩(wěn)定性的基本理論、研究意義以及其影響因素,并介紹了兩種常用的邊坡穩(wěn)定性分析方法,即極限平衡法和有限單元法。其次,論文通過離心試驗的原理分析,確定了根系固坡模型的試件尺寸及制備材料,并針對植株間距及根系的不同入土深度,擬定出植株加固邊坡的8種工況,隨后開展各工況下離心試驗,得到以下結(jié)論:1)通過觀察離心模型試驗過程中的坡體變形,發(fā)現(xiàn)素土邊坡的破壞具有突發(fā)性,而根系固坡邊坡破壞表現(xiàn)出一定的漸進(jìn)性,破壞狀態(tài)持續(xù)時間更長,破壞時的加速度更大。由此說明,植物固坡邊坡能夠通過根系分布進(jìn)行應(yīng)力調(diào)整,使坡體各部分在受力和變形上形成統(tǒng)一整體。2)通過觀察離心試驗后關(guān)鍵點的位移情況,發(fā)現(xiàn)合理的植株間距對坡體關(guān)鍵點位移限制作用更大,說明優(yōu)化植株間距能夠有效拓展其根系在土體空間中的分布范圍,強化根與根、根與土之間的聯(lián)結(jié)。3)通過觀察離心試驗停機后關(guān)鍵點的位移情況,發(fā)現(xiàn)在素邊坡上植入更深根系的植株,其根系會發(fā)揮出更大的力學(xué)作用,從而限制坡體在豎直方向上的沉降以及水平方向的位移,有效約束坡體變形和破壞。第三,論文將有限元法引入植物固坡穩(wěn)定性分析中,構(gòu)建出植株根系簡化模型以及植樹邊坡有限元模型,在此基礎(chǔ)上以植株間距、植株數(shù)量及植株根系深度為變量進(jìn)行分析,采用有限元強度折減分析方法,計算出各條件下邊坡的安全系數(shù)以及與離心試驗對應(yīng)工況邊坡關(guān)鍵點的位移。最后,論文將離心模型試驗數(shù)據(jù)與有限元數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比驗證,發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬結(jié)果具有良好的可靠性,同時得到了如下結(jié)論:1)植株間距過小,各根系在加筋及錨固區(qū)域易互相重疊,從而影響根段上拉力的發(fā)揮;植株間距過大,其淺層根系在地面以下難以互相聯(lián)系而共同抵抗下滑力。由此可見,合理的植株間距能夠有效提高邊坡安全系數(shù)。2)邊坡栽種植株面積越大,加筋、錨固效果越明顯,邊坡安全系數(shù)也就越大。同時,不同數(shù)量植株的固坡效果也受到種植方向的影響。3)理論上植株根系深度越深,對邊坡的安全系數(shù)增加越有效,但這種效果會受到根系加固位置所在塑性區(qū)域深度的影響,即潛在滑動面越深,增加根系深度對邊坡安全系數(shù)提升的貢獻(xiàn)越大。論文以高寒山區(qū)植被固化公路邊坡為研究對象,通過離心試驗研究和數(shù)值模擬分析,得到了植物加固綠化邊坡合理的相關(guān)參數(shù),包括植株間距、植入深度、栽植面積、栽植方向等。研究成果對于植物邊坡防護(hù)工程的設(shè)計與施工具有較好的指導(dǎo)意義。論文得到了交通土建工程材料國家地方聯(lián)合工程實驗室基金項目“高寒高海拔山區(qū)公路建設(shè)生態(tài)修復(fù)與評價技術(shù)研究(LHSYS-2013-010)”的資助。
【關(guān)鍵詞】：高寒山區(qū) 植物固坡 邊坡穩(wěn)定 土工離心模型試驗 有限元法
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU43
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 引言10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 植物固坡技術(shù)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 根土復(fù)合體理論研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 存在的問題及發(fā)展趨勢14-15
• 1.4 主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線15-17
• 1.4.1 主要研究內(nèi)容15-16
• 1.4.2 技術(shù)路線16-17
• 第二章 植物根系生物特性和固土力學(xué)基礎(chǔ)17-30
• 2.1 植物根系的生物特性17-20
• 2.1.1 植物根系形態(tài)及分布17-18
• 2.1.2 生物特性的護(hù)坡效應(yīng)18-20
• 2.2 根系固土的力學(xué)基礎(chǔ)20-28
• 2.2.1 根系固土的力學(xué)理論21-24
• 2.2.2 根系固坡的研究模型24-28
• 2.3 本章小結(jié)28-30
• 第三章 邊坡穩(wěn)定理論及生態(tài)護(hù)坡技術(shù)30-36
• 3.1 邊坡穩(wěn)定性分析的意義30
• 3.2 影響土坡穩(wěn)定性的因素30
• 3.3 邊坡穩(wěn)定性分析的方法30-32
• 3.3.1 極限平衡分析法31
• 3.3.2 有限元法31-32
• 3.4 邊坡安全系數(shù)32
• 3.5 生態(tài)護(hù)坡技術(shù)32-35
• 3.5.1 邊坡植草防護(hù)32-34
• 3.5.2 邊坡植樹防護(hù)34-35
• 3.6 本章小結(jié)35-36
• 第四章 植物防護(hù)邊坡模型的離心試驗36-50
• 4.1 土工離心試驗發(fā)展概況36
• 4.2 土工離心試驗原理36-37
• 4.3 試驗方案37-45
• 4.3.1 試驗設(shè)備37
• 4.3.2 試驗區(qū)描述及試驗材料選取37-41
• 4.3.3 試驗工況41-43
• 4.3.4 模型制備43-44
• 4.3.5 離心機操作44-45
• 4.4 試驗結(jié)果分析45-49
• 4.4.1 模型邊坡破壞判定45
• 4.4.2 變形情況及試驗結(jié)果45-49
• 4.5 本章小結(jié)49-50
• 第五章 植物根系固坡穩(wěn)定性有限元分析50-77
• 5.1 有限元法的解題思路和步驟50-52
• 5.2 基于有限元法的ANSYS軟件介紹52-53
• 5.3 有限元法在植物護(hù)坡中的應(yīng)用53-57
• 5.3.1 研究對象的本構(gòu)模型53-54
• 5.3.2 屈服準(zhǔn)則54-55
• 5.3.3 非線性有限元方程組的求解55-56
• 5.3.4 邊坡安全系數(shù)的確定56-57
• 5.4 植物護(hù)坡有限元分析模型57-61
• 5.4.1 根系簡化模型57-58
• 5.4.2 植樹護(hù)坡模型的建立58-60
• 5.4.3 無植株邊坡有限元分析60-61
• 5.5 計算工況分析及結(jié)論61-73
• 5.5.1 植株間距61-64
• 5.5.2 植株數(shù)量64-70
• 5.5.3 植株根系深度70-73
• 5.6 有限元分析與離心模型試驗對比73-76
• 5.7 本章小結(jié)76-77
• 第六章 結(jié)論與展望77-80
• 6.1 主要結(jié)論77-78
• 6.2 研究展望78-80
• 致謝80-81
• 參考文獻(xiàn)81-85
• 在學(xué)期間發(fā)表的論著及取得的科研成果85

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