三维植被网加筋草皮坡面土壤侵蚀试验研究

为研究植草型生态护坡的抗坡面侵蚀性能,对比设置三维植被网加筋材料前后草皮护坡的植被防护效果,探讨加筋材料提高草皮抗侵蚀性能的作用机理,在实验室内进行了草皮护坡坡面冲刷模型试验.试验结果表明:当坡面流流速大于2 m/s时,天然草皮的侵蚀模数较之裸露边坡平均减小了90%以上,草皮防护作用随流速的增大而减弱;设置三维土工网垫后,加筋草皮的侵蚀模数较之纯草皮减小了50%以上,防护优势随着流速的增大愈加显著;天然草皮能有效地控制坡面侵蚀,设置三维植被网加筋材料可以大大提高草皮的防护效果,其作用机理表现在边坡土体加筋作用、覆盖防护作用、增强草皮侧向连续性3个方面.     

多花木兰根系抗拉特性及边坡稳定性分析

以护坡典型植物多花木兰根系为对象进行室内抗拉试验;在假定滑动面平行于坡面的前提下,推导生态护坡中坡体稳定系数的计算公式;研究不同坡度下根系的抗拉力、抗拉强度、弹性模量及边坡的稳定性.研究表明:多花木兰根系抗拉力随着直径的增大呈幂函数增加;根系抗拉强度为21.15~76.08MPa,随着直径的增加呈幂函数减小;坡度越大,同一直径根系的抗拉力与抗拉强度越大.多花木兰根系弹性模量为0.64~2.33GPa,随着直径的增加其弹性模量逐渐减小;根系直径为1.2~2.2mm时,弹性模量减小的幅度大,其他区间减小的幅度较小.坡体的稳定系数与根系的抗拉力呈正相关关系,与边坡的坡度呈负相关关系,并受根的生长方向和密度、植物的种植密度以及原状土的性质等影响.坡体的稳定系数随根系直径的增加呈线性增加.     

土工格室加固边坡稳定性参数分析

土工格室边坡防护是一种绿色、经济、高效的防护方式。针对土工格室加固边坡的稳定性问题,结合浅层稳定性和深层稳定性两方面综合评价土工格室加固效果。首先考虑土工格室、铆钉及植物根系的作用,重点围绕裸坡、仅铺设格室和格室植草三种工况开展研究,建立了降雨条件下土工格室加固边坡浅层失稳模型和深层数值模拟模型。进一步进行参数敏感性分析,全面研究了边坡坡度和坡长、土工格室尺寸和强度、植物根系密度等参数对浅层抗滑安全系数和深层稳定安全系数的影响。研究结果表明,仅铺设格室和格室植草分别能提高浅层抗滑安全系数1.07和1.33,效果十分显著,对深层稳定性提高效果相对不明显;各参数中,坡角、格室高度、格室焊距和植草密度对土工格室加固边坡稳定性有着重要影响,研究可为土工格室加固边坡优化设计提供参考。     

三维网植草防护在景观道路中的应用

生态防护型边坡因其环保性越来越受到人们的重视,三维网植草防护作为道路坡面生态防护的一种,可以利用自身结构固土蓄水、避免坡面冲刷,具有良好的工程效果、经济效益和生态效益。将三维网植草防护应用于景观道路坡面防护中,可以克服传统圬工防护的生硬感,起到恢复植被、美化环境的作用,具有良好的景观效果并有助于工程区原始生态的恢复。     

坡面植草防护的浅层加固作用

通过对植草护坡草根加筋原理的分析，论证了植草的浅层加固边坡土体作用的机理，并以详实的试验数据进行了说明，证实浅层加固作用是相当可观的．因此推荐在一切可能的场合应当优先采用植草坡面防护。     

季节性冰冻地区公路边坡侵蚀破坏模式

针对季节性冰冻地区的路基边坡冻融滑坍破坏现象,分析了公路边坡破坏的各种侵蚀模式和影响因素.采用坡面流拖曳力法、坡面流量法等对坡面水力学特征进行研究,测算坡面冲刷临界坡度值,分析临界坡度与冲刷量之间的关系;同时采用有效应力法研究了冻融作用下的边坡安全稳定性.结果表明:季节性冰冻地区粘性土最大冲刷强度对应的临界坡度与目前常用的坡度值很接近或交叉,为减少水土流失,建议放缓土质边坡;边坡土体冻结前含水质量分数和融化后抗剪强度下降幅度是影响冻融滑坍破坏的主要因素,建议在设计中要考虑冲刷和冻融因素,并对特殊土质边坡进行相应的物理力学指标检测和稳定性验算.     

雨强和坡度对嵌套砾石工程边坡侵蚀特征的影响

为探究不同雨强和坡度对西南高山-亚高山地区急陡、高砾石含量工程边坡土壤侵蚀的影响.采用室内模拟降雨及人工配置土壤等方法,在5种雨强(25,40,45,65,85 mm/h), 5种坡度(35°,40°,45°,50°,60°)条件下进行模拟实验.研究结果表明:工程坡面产流率随着雨强的增加呈对数增加.不同雨强下坡面平均产流率变化过程随着坡度的变化差异性具有统计学意义.随着雨强的增加,同一坡面工程边坡侵蚀率明显增多.当雨强为40 mm/h时,工程坡面侵蚀率随坡度变化较小(0.015 g/s);当雨强为65 mm/h时,同一坡面的侵蚀率随着坡度的增加而减少.工程坡面溅蚀率整体呈现出迅速增长至峰值后缓慢下降的趋势.同一边坡随着雨强的增加,坡面击溅侵蚀率在产流前和产流时都有明显的增加,不同粒径土壤增速具有明显差异,同一坡面随着坡度的增加,坡面泥沙溅蚀率存在临界值(40°～45°).降雨强度与土壤侵蚀相关性有统计学意义,不同雨强下坡度与径流过程和侵蚀过程的相关性具有明显差异性.结论:工程边坡中砾石具有增加下渗率和抗侵蚀作用,工程坡面土壤侵蚀率随降雨历时逐渐下降;坡度的增加在增大坡面流速的同时会降低坡面实际承雨面积,工程坡面土壤侵蚀率随坡度的增加呈非线性关系.     

基于根系形态的根系固坡作用数值分析

将土体、根系作为一个复合的整体,选择典型护坡植物夹竹桃为对象,利用非线性有限元计算方法研究在雨水侵蚀力和坡面径流侵蚀力作用下,不同分布密度和不同侧根数量的根系对边坡表层土体稳定性的影响。结果表明,在降雨条件下,植物根系的存在能有效提高边坡表层土体整体刚度,随着根系的侧根数量和植株分布密度的增大,边坡表层位移量逐渐减小,雨水对边坡表层土体的侵蚀也逐渐减小,从而使边坡表层土体稳定性提高。     

水库消落带植被混凝土抗侵蚀性能研究

基材的抗侵蚀性能是生态护坡成功的关键因素之一.通过设计的实验装置对3组不同边坡进行了侵蚀实验,探讨了植被混凝土的抗侵蚀机理,比较了3种边坡的抗侵蚀性能.实验表明:植被混凝土生态防护边坡具有良好的抗侵蚀性能,在同等条件下无植被防护土质边坡的坡面侵蚀速率比有植被防护土质边坡的坡面侵蚀速率高出两个数量级.     

植被根系浅层加筋作用对边坡稳定性的影响

植被浅层加筋对边坡稳定性具有积极作用,本文研究了水平与竖向植物根系对边坡加固的影响.首先分析了植被护坡机理,重点对植被的浅层加筋效果进行分析;然后设计了一种能够考虑加筋作用导致地层各向异性的边坡稳定性算法,该算法可通过整体不平衡力对边坡稳定性进行判别;最后进行了三种不同工况边坡的稳定性分析.研究表明:植被浅层加筋效应仅在坡顶和坡趾附近起到一定作用,对边坡整体滑移面形态几乎不产生影响;在坡顶处水平根系加固效果强于竖直根系,在坡趾处竖直根系加固效果更佳.因此,要使生态护坡起到更好的效果,需在边坡不同位置栽种不同根系类型的植物,如在坡顶和坡趾分别种植水平和竖向根系植物.     

植被生长初期机场生态边坡抗冲刷性能

为研究机场生态护坡的植被在生长初期抗冲刷能力的影响因素,对植被生长初期不同防护方式及不同植株密度的草皮进行直剪试验和抗冲刷试验,得到了不同生态防护方式下植株数量和土体粘聚力增量的关系式,不同防护方式不同植株密度植被的抗冲流速和冲刷破坏方式,分析了草株密度和防护方式对生态边坡抗冲刷能力的影响规律,得到了土壤粘聚力与草皮土抗冲流速的关系,并给出了工程应用的条件与方法。     

预制基质客土持水与抗侵蚀性能试验研究

高陡岩质边坡的生态防护存在着客土稳定性差、植物生长困难和传统客土喷播初期抗雨水冲刷能力较弱的问题,通过采用具有一定强度的预制客土模块及土工格栅进行边坡绿化支护,可以使得客土层具备良好的持水性和抗侵蚀性,从而适用于高陡岩质边坡的生态防护。本文通过蒸发试验、最大毛细上升高度试验研究了不同配比对客土模块的持水性、毛细性的影响,通过室内人工雨水冲刷试验探究了预制客土模块的抗侵蚀特性。结果表明无论是否掺入泥炭,随秸秆含量的增高黄土含量降低,客土吸水性增加,毛细性变差,同时降低了客土层密度,利于边坡的稳定;泥炭替代部分黄土,客土蒸发速率增强,泥炭的掺入增强了客土的毛细性。预制客土模块在模拟极限降雨条件下,侵蚀量微小,抗侵蚀性能良好。     

公路边坡植物的护坡机理

从植物根系的力学作用、植物的蒸腾排水效应、茎叶及枯枝落叶的水文效应3个方面,分析了公路边坡植物的护坡机理。通过对植物根系的力学作用分析,建立了草本植物根系的加筋力学模型及木本深根植物的锚固力学模型。三轴剪切试验结果表明,沙棘、沙柳须根的加筋作用使沙土的粘聚力c值提高了2.5~4.0倍,使粘性土的粘聚力c值及内摩擦角φ值均增加0.25~0.40倍。应用非饱和土理论,定量分析了植物蒸腾排水效应对边坡的稳定贡献,现场监测试验表明,即使在雨季,柳树植物根系范围内土中的孔隙水压力仍为负值。依据植物边坡稳固机理,将植物护坡总结为坡面冲刷防护与边坡加固两种设计类型。坡面冲刷防护可根据浅根表土加筋与茎叶水文效应机理进行设计;边坡加固可根据深根锚固作用与蒸腾排水效应机理设计。     

一种植入型生态护坡的制备工艺及施工方法

工程材料覆盖物护坡和传统的生态护坡均会一定程度上扰动河流边坡,改变原有的生境,使河流生态系统面临不同程度的危机.针对这一问题,研究开发了一种植入型生态护坡配方工艺和施工方法:以城市污水处理厂剩余污泥为主要原料,氧化钙和氯化镁作为微生物灭活剂和胶凝剂,混合草种制成“植入泥浆”,采用泥浆泵加压,应用直径为10cm的高速旋转(1000r/min)喷射头在地表以下10~50cm深度范围内注入“植入泥浆”.“植入泥浆”内的草种发芽,经过约20天的生长后形成生态护坡.对比试验表明,这种方法一方面利用剩余污泥的保水性能和肥效,另一方面采用独特的地表下旋喷植入工艺,对河流边坡表层土壤扰动很小,在保持河道边坡稳定的同时,很好地保护生境,有利于河流生态系统持续健康发展.     

高速公路路堑边坡的侵蚀临界坡度

针对降雨条件等环境影响条件下路堑边坡存在的临界坡度,指出坡面流侵蚀的定义并系统分析了坡面流侵蚀的主要影响因素,利用泥沙运动力学理论,研究了坡面土壤侵蚀率与坡面流的剪切力之间的变化关系.同时,对坡面流水力学参数(流速、水深)对临界坡度影响的规律进行研究,得出了一定高度边坡坡面流的剪切力随坡度变化规律,即一定高度边坡的侵蚀临界坡度为22.2°.可为工程计算提供依据.     

不同雨强和坡度条件海涂盐土边坡侵蚀细沟发育过程

采用室内人工模拟降雨试验,在不同坡度(11.3°、21.8°、35.0°)和降雨强度(85 mm/h、110 mm/h、125 mm/h)条件下,模拟海涂盐土边坡细沟发育过程。坡面侵蚀细沟发育动态采用数码摄像进行监测,通过Image-Pro Plus(IPP)6图像分析软件对图像和数据进行整理。结果表明:(a)不同坡度和降雨强度条件下,径流产生后,很快在坡面形成细沟且细沟沟网密度变化较快;细沟数量、细沟深度、细沟平均宽度和细沟密度均随降雨时间延长而增大。(b)缓坡度条件下,土壤跌坑发育慢,细沟侵蚀率低;随着坡度增大,坡面跌坑形成后水流聚集迅速,水流侵蚀冲刷力强,细沟发育快。(c)细沟发育越深,坡面细沟数量也越多;坡面侵蚀率与细沟平均深度及水流雷诺数分别在p0.05和p0.01水平上呈显著的正线性相关关系。     

泥石流最大淤积厚度影响因素

淤埋是泥石流对工程设施主要的危害方式之一,为研究泥石流体容重、堆积坡度、黏粒矿物含量等因素对泥石流淤积厚度的影响,通过水槽堆积试验的方法研究了不同泥石流体容重、不同固体物质中黏土矿物含量、不同沟道坡度对淤积厚度的影响。结果表明:(1)同一容重下,随着堆积坡度的增大,淤积厚度呈现减小趋势,且在小坡度范围内,流体容重越大,淤积厚度越大,但当坡度超过一定值后,淤积厚度与容重关系在相同坡度条件下区分不明显;(2)同一坡度下,随着泥石流体容重的增大,淤积厚度呈现增大趋势,且容重越大,淤积厚度增加速率愈大;(3)同等条件下,随着泥石流体中黏粒含量的增大,淤积厚度呈现增大趋势,但在较低(20%)黏粒含量情况下,淤积厚度随黏粒含量增大速率较小,当黏粒含量增大到一定值后(20%)淤积厚度随黏粒含量的增大速率增大;(4)通过文献资料数据验证和误差原因分析,本成果具有一定的准确性和可用性。