本文關(guān)鍵詞：香根草根土復(fù)合體強度特性試驗研究

  更多相關(guān)文章： 植物護坡 根系分布形態(tài) 摩阻特性 根-土復(fù)合體 抗剪強度特性

【摘要】：近些年來,隨著資源開發(fā)和基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展,環(huán)境污染和生態(tài)破壞越來越嚴重,這也成為了人類所面臨的重大社會問題之一。因此,如何在工程建設(shè)中保護環(huán)境,實現(xiàn)人與自然的可持續(xù)發(fā)展,是迫切需要解決的問題。就邊坡防護工程而言,目前高速公路的邊坡防護大多采用的是傳統(tǒng)工程防護技術(shù),如框格防護、砌石防護、封面防護以及支擋工程等,這些工程防護技術(shù)不但造價昂貴,而且在施工過程中嚴重破壞了原有的生態(tài)環(huán)境,導(dǎo)致更多的滑坡和泥石流災(zāi)害發(fā)生,影響到防護的效果。隨著人們保護環(huán)境意識的增強和對環(huán)境質(zhì)量要求的提高,生態(tài)護坡技術(shù)應(yīng)運而生。生態(tài)防護技術(shù)的實質(zhì)就是將植物防護和工程防護兩者合理的結(jié)合起來,利用植物根系與土壤相互作用,形成了一種天然的復(fù)合材料,以增強坡體的強度并提高其抗滑能力,起到加固邊坡土體的效果同時還能美化環(huán)境。本文是以長沙本地黏土和香根草的根系所組成的的根-土復(fù)合體作為研究對象,依托國家自然科學(xué)基金項目“高強度林草混交根系成型機理與邊坡根系土體加固機制研究”(項目號：31270671,2013.01-2016.12)、國家林業(yè)局948項目“林草一體化高穩(wěn)定性生態(tài)護坡技術(shù)引進”(項目號：2012-4-76,2012.01-2015.12)和湖南省自然科學(xué)基金資助項目“植物邊坡力學(xué)特性研究”(項目號：12JJ5015,2012.01-2014.12)等展開相關(guān)研究。通過香根草根系分布形態(tài)試驗、香根草單根拉拔摩阻特性試驗以及直剪試驗和三軸剪切試驗,研究了香根草在土體中的分布規(guī)律及其力學(xué)特性。運用數(shù)值分析軟件對根系分布形態(tài)和根-土復(fù)合體強度特性進行了擬合分析。通過研究,主要取得了如下的研究進展和創(chuàng)新性結(jié)論。(一)香根草單根摩阻特性試驗研究1、根-土復(fù)合體中的香根草根系在拔出荷載作用下,有被拉斷和被拔出2種形式。當(dāng)根系抗拉力未超過根-土間的最大靜摩擦力時,根系將會被拉斷；當(dāng)拉拔力超過了根-土間的最大靜摩擦力,但未超過根系最大抗拉力時,根系將會被拔出。2、在相同密實度和不同含水率條件下,根系的最大抗拉力隨根系直徑增大而增大,表現(xiàn)出良好的線性關(guān)系。根系抗拉力隨含水率的增大呈先增大后減小的趨勢。當(dāng)含水率在19.5%左右時,根系的抗拉力達到最大。3、在相同含水率和不同密實度條件下,根-土界面的最大抗拔力隨土體密度的增大而增大。(二)香根草根-土復(fù)合體抗剪強度特性試驗研究1、根系在土體中的不同分布方式,對提高土體抗剪強度的作用也是完全不同的。在相同豎向荷載作用下,當(dāng)根系數(shù)量及根徑均相同時,垂直和斜交等量布根時,復(fù)合體的抗剪強度最高；全部斜交布根時,其抗剪強度次之；全部垂直布根時,其抗剪強度又其次之；垂直和水平等量布根時,其抗剪強度最低。2、在相同根系數(shù)量和相同的布根方式條件下,隨著根系直徑的增大,香根草根-土復(fù)合體的抗剪強度先增大后減小。當(dāng)香根草根系直徑約為1mm時,根-土復(fù)合體的抗剪強度達到最大值。因此,對于根-土復(fù)合體的抗剪強度存在一個有效根徑問題。根徑太大或太小對提高土的抗剪強度的作用均不明顯。3、香根草根系直徑對根-土復(fù)合體的內(nèi)摩擦角和粘聚力的影響是不同的。隨著根系直徑的增大,復(fù)合體的內(nèi)摩擦角先增大后減��；但復(fù)合體的粘聚力有增有減,關(guān)系相對復(fù)雜。另一方面,香根草根系在土體中的分布方式對提高根-土復(fù)合體的粘聚力的影響非常明顯,而對提高根-土復(fù)合體的內(nèi)摩擦角的影響卻不是很明顯。4、試驗結(jié)果顯示,隨著軸向應(yīng)變的逐漸增大,各偏應(yīng)力-軸向應(yīng)變曲線之間的間距逐漸增大,這表明根系對土體的“加筋”作用只有在軸向應(yīng)變較大時才能發(fā)揮出來。5、在相同的根系分布方式條件下,根-土復(fù)合體的黏聚力和內(nèi)摩擦角均隨著含水量的增大而逐漸變小。這一規(guī)律與含水量對根-土復(fù)合體強度的影響是一致的。6、通過對試驗數(shù)據(jù)進行分析和擬合,分別得到了根-土復(fù)合體的黏聚力和內(nèi)摩擦角隨著含水量變化的相關(guān)擬合公式。
【關(guān)鍵詞】：植物護坡 根系分布形態(tài) 摩阻特性 根-土復(fù)合體 抗剪強度特性
【學(xué)位授予單位】：中南林業(yè)科技大學(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
• ABSTRACT6-12
• 主要符號與說明12-13
• 1 緒論13-22
• 1.1 研究背景與意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-21
• 1.2.1 國外研究發(fā)展現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 國內(nèi)研究發(fā)展現(xiàn)狀16-19
• 1.2.3 香根草在邊坡中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀19-21
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容及方法21-22
• 2 根系固土護坡機理研究22-37
• 2.1 概述22
• 2.2 植物根系抗拉強度22-23
• 2.3 植物根系的莫爾庫倫強度理論23-24
• 2.4 植物根系加筋理論24-29
• 2.4.1 根-土復(fù)合體的強度特性及破壞模式24-26
• 2.4.2 根-土復(fù)合體的根土相互作用理論26-29
• 2.5 植物根系錨固理論29
• 2.6 植物根系固土研究模型29-36
• 2.6.1 須根理論模型(W氏模型)29-32
• 2.6.2 垂直根系的根-土相互作用力學(xué)模型32-34
• 2.6.3 水平根型的根-土相互作用力學(xué)模型34-35
• 2.6.4 纖維束模型和根束增強模型35-36
• 2.6.5 能量法模型36
• 2.7 本章小結(jié)36-37
• 3 香根草根-土界面的單根拉拔摩阻特性研究37-44
• 3.1 概述37
• 3.2 試驗研究37-39
• 3.2.1 試驗設(shè)備37-38
• 3.2.2 試樣制備38-39
• 3.3 結(jié)果與分析39-43
• 3.3.1 土壤含水率對根-土界面摩擦性能的影響39-42
• 3.3.2 土壤密度對根-土界面摩擦性能的影響42-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 4 香根草根-土復(fù)合體室內(nèi)直剪試驗研究44-55
• 4.1 概述44
• 4.2 試驗材料、設(shè)備及方法44-48
• 4.2.1 采樣44-45
• 4.2.2 試驗設(shè)計45-46
• 4.2.3 試樣的制備46-47
• 4.2.4 直剪試驗47-48
• 4.3 試驗結(jié)果及分析48-54
• 4.3.1 不同香根草根系分布方式對復(fù)合體抗剪強度的影響48-50
• 4.3.2 不同香根草根系徑級對根-土復(fù)合體抗剪強度的影響50-51
• 4.3.3 香根草根土復(fù)合體抗剪強度分析51-53
• 4.3.4 香根草根-土復(fù)合體抗剪強度指標分析53-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 5 香根草根-土復(fù)合體三軸試驗研究55-67
• 5.1 概述55
• 5.2 根-土復(fù)合體力學(xué)等效模型55-57
• 5.3 試驗設(shè)備、材料及方法57-59
• 5.3.1 試驗儀器58
• 5.3.2 試驗材料58
• 5.3.3 試驗方法58-59
• 5.4 試驗結(jié)果及分析59-65
• 5.4.1 根-土復(fù)合體主應(yīng)力差(σ_1-σ_3)與軸向應(yīng)變(ε_1)的關(guān)系59-63
• 5.4.2 香根草根-土復(fù)合體抗剪強度分析63-65
• 5.5 本章小結(jié)65-67
• 6 結(jié)論與展望67-71
• 6.1 香根草摩阻特性研究的總結(jié)67
• 6.2 香根草根-土復(fù)合體抗剪強度研究的總結(jié)67-68
• 6.3 對今后研究工作的展望68-71
• 參考文獻71-77
• 攻讀學(xué)位期間的主要學(xué)術(shù)成果77-79
• 致謝79

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