植物根系对浅层边坡的水文力学加固研究

目前在植物固坡研究中主要关注力学加固效应,而对水文加固效应研究较少.为研究植物对浅层边坡的水文力学加固效应,通过SWAP模型和无限边坡模型建立数值模型耦合了植物根系水文力学对浅层边坡的加固作用.通过模型量化了植物边坡土体基质吸力和安全系数,研究了降雨入渗对植物边坡稳定性的影响,以及植物力学和水文加固边坡的相对作用.通过对水文力学参数的敏感性分析,讨论了各参数对植物边坡稳定性的影响.结果表明:在干燥和降雨后植物边坡土体比裸坡能保持更高基质吸力和安全系数;水文力学加固效应边坡安全系数是力学加固效应的1.43倍,其中水文加固安全系数提高了59%,力学加固提高了1.38倍,力学加固效果大约是水文加固效果的2倍;增加干燥时间、根土体黏聚力、内摩擦角和最大蒸腾系数能够提高植物边坡安全系数.在植物边坡工程中,应该优选根系抗拉强度高、根面积比和叶面积指数大的植物作为护坡植物.研究结果可为采用植物根系对浅层边坡进行水文力学加固提供指导.     

基于ABAQUS强度折减法某铀尾矿坝稳定性分析

将ABAQUS有限元软件和强度折减法相结合,充分利用ABAQUS的强大后处理能力对某一铀尾矿坝稳定性进行分析.通过把坡面的特征控制点的位移突变和滑移面塑性区从坡脚到坡顶的贯通作为边坡整体失稳的标志,当滑移面的塑性区贯通,塑性应变和特征控制点的位移发生突变时,则坝坡就处于滑动破坏临界状态,而此时的强度折减系数就定义为坝坡稳定的最小安全系数.通过某铀尾矿坝稳定性分析的实例,可以准确形象的预测出坝潜在坡滑动面的位置和评价坝坡的稳定性,尤其对地形复杂的边坡稳定性分析简单适用.     

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.     

护坡植物根的力学作用及其数值分析

本文利用FLAC2D软件,基于对粘土区植物斜坡的调查,选取一坡高8m、坡比为1:0.75的边坡,分别设置1m、2m、3m与水平面夹角0°、18.5°、53°、55.5°、60°的单根及组合根,数值模拟计算得出植被边坡应力场重分布,边坡下部以剪切屈服为主,上部主要表现为拉张屈服;剪应力在局部分布集中,随根系分布方式及数量的增多,剪应力向坡底扩散和转移;水平向位移最大值出现在坡底及向上部位,水平向位移最大处剪应变也最大;大量数值模拟计算发现随根长增加边坡稳定性系数增大,但只是在一定范围内植物根系加固边坡效果明显;植被边坡单根最利于边坡稳定的入土方向是与水平面夹角成55.5°,组合根植入方式为主根垂直坡面方向、一条侧根与水平面夹角为30°、另一条侧根与水平面锐夹角成55.5°方向。研究结果为工程中评价护坡植物根对坡体稳定性的提高及人工干预植物根系生长方向提供理论依据,具有工程应用价值。     

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。     

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。     

深浅根混种法加固边坡稳定性的数值分析

为了研究深浅根混种法对路基边坡稳定性的影响效果,统计了含根土体抗剪强度增强特性,利用数值模拟对比了不同护坡方式的加固效果,并对浅根加筋和深根锚固作用进行了参数分析.统计结果表明,黏聚力为15 kPa的边坡土体加入植物根系后,黏聚力最大提升15～20 kPa.数值分析结果表明:深浅根植物单独护坡作用有限,而配合土工格栅的深浅根混种法能有效提高边坡稳定性,安全系数最大提高8%;浅根植物加筋作用能提高边坡表层土强度及整体性,最适宜加筋深度为60 cm左右;深根植物主根穿过塑性区后能有效发挥锚固作用,且边坡稳定性随深根生长而提高;深根植物种于坡脚时固坡效果最明显,且宜采取坡下密坡上疏方式种植.     

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。     

寒旱环境灌木根系增强春融期边坡稳定性影响

春融期边坡极易发生热融滑塌现象,为研究植被根系与边坡冻融界面呈不同夹角α条件下边坡的潜在滑移面破坏形式、位移特征以及稳定性影响,结果表明:随融化深度的增加,春融期素土及根-土复合体边坡的等效塑性应变贯通带越明显,易沿着冻融界面发生平面状滑塌;相比于素土边坡,春融期(3月份)根-土复合体边坡最大位移量减小约69.65%,春融期(4月份)根-土复合体边坡最大位移量减小约71.88%,且根-土复合体边坡位移的减少量随着α角的增大而呈增大趋势,表现出根系伸入冻融界面处时具有较强的固土能力;当根系与冻融界面夹角α由45°增大至90°时,根-土复合体边坡的安全系数呈增长趋势,且根系与边坡冻融界面垂直时,根系具有相对最大限度地增强春融期边坡固土护坡作用,可有效提高春融期边坡的稳定性。上述研究结果为探讨冻融界面处植物根系对春融期边坡稳定性具有理论研究价值和实际指导意义。     

基于FLAC3D的寒旱环境植被根系分布形态对边坡稳定性的影响

随着生态护坡技术的不断发展,植被根系固土护坡作用越来越受到重视。为研究寒旱环境的霸王植被根系分布形态对边坡稳定性影响,同时减少试验成本和挖掘根系对环境的破坏,将根系简化为主根型,通过数值模拟根-土复合体直剪试验,获得与室内根-土复合体直剪试验基本吻合的抗剪强度参数,采用无限边坡理论模型,对不同分布形态根系穿过滑裂面的边坡进行稳定性影响分析。研究发现：不同垂直压力作用下,土体进入塑性剪切阶段时,素土剪切应力均小于根-土复合体;随根截面比增加,土体黏聚力增加幅值大于内摩擦角;当根截面比为0～0.88%时,根系穿过边坡潜在滑裂面时,边坡稳定系数增幅显著,但大于0.88%时,边坡稳定系数增幅较小。因此,在植物固坡工程设计中应找到最优根截面比,以满足寒旱环境边坡的稳定性要求。     

基于FLAC3D的红层软岩边坡施工期加固效果

以在建的某高速公路典型红层软岩路堑边坡为研究对象,在边坡岩体结构稳定性定性分析的基础上,采用FLAC3D软件对坡体及时加固和滞后加固两种工况下的应力场、坡体变形与位移场、锚杆应力状态和塑性区进行了研究,并分析了加固的时效性．研究结果表明,及时加固较滞后加固可以有效地控制边坡坡体的变形与位移,对保证施工期红层软岩路堑边坡的稳定更为有利．     

香根草根系在公路边坡土体中的分布特征

模拟实际公路边坡坡度和土质条件,制作模型试验箱,并种植了根系发达的生态护坡植物——香根草.通过全断面开挖法,研究了在模型箱中生长了两年的香根草根系在边坡土体中的分布特征.结果表明:在贫瘠土壤条件下,两年生香根草的根系垂直向下生长,最大根长达1m多,其根系生物量沿土层剖面深度呈二项式函数关系减少;根系直径约为0.8~1.4mm,且根径1mm的根系居多,最粗者可达2.2mm;香根草根系的分布范围随土层深度呈先增大后减小的趋势,其分布规律可以用Gauss曲线来描述;沿土层剖面自上而下,根系密度分布规律服从Logistic曲线关系;香根草的大部分根系偏向坡脚方向生长,坡脚方向生长的根系粗长且密集,而坡顶方向生长的根系则细短且稀疏.以上对根系形态分布规律的研究可为进一步分析植物根系与土体间的相互作用机理、防治边坡水土流失、浅层滑坡等地质灾害提供理论基础.     

节理岩质边坡桩基加固的稳定性分析

利用有限差分法FLAC3D软件建立节理岩质边坡桩基加固的数值模型,通过强度折减法计算边坡安全系数,并分析边坡节理面倾角、桩长、桩位置对节理岩质边坡稳定性及桩身内力与位移的影响。研究结果表明:桩总长L1存在某一临界桩长L0,当L1L0时,增加桩总长对桩加固效果影响不大;节理上部桩长L2是影响桩加固岩质边坡效果的决定性长度参数;桩位置逐渐远离坡面时,加固效果急剧降低;桩身剪力和弯矩均呈周期性波形分布,最大剪力绝对值出现桩与节理面的相交点处,最大弯矩出现在剪力约等于0 kN处;当节理面倾角大于岩石摩擦角时,桩顶水平位移随着桩位置逐渐远离坡面而急剧增大。为了提高桩基加固效果,实际工程中桩总长应小于临界桩长,且尽可能布置桩在坡面附近。     

高堆磷石膏尾矿坝扩容加固措施研究

研究了对尾矿磷石膏坝扩容堆高过程的工程特性,总结了我国尾矿坝扩容堆高关键技术和抗震加固措施.结合云南吴家箐磷石膏尾矿坝工程特点和扩容加固经验,分析了多种磷石膏尾矿坝扩容加固措施(降低坝体浸润线、碎石桩、加筋结构、改善筑坝工艺、改变坡面)的抗震性能,提出了一种磷石膏尾矿坝综合扩容加固措施.     

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.     

植物根系生长形态对膨胀土边坡土体抗剪强度的影响

为了提高膨胀土边坡土体抗剪强度,增强植物根系在膨胀土边坡土体中的力学效应,提出用植物根系作为加筋材料防治膨胀土边坡的浅层失稳,调控植物根系在边坡土体中的生长分布方法.基于WU氏模型推导植物根系分布角度与膨胀土边坡土体抗剪强度增量的关系,构建1个膨胀土试验路堤边坡以模拟工程边坡实际情况,采用人工调控的方法调控香根草植物根...     

某尾矿坝稳定性分析

为保证尾矿库的安全生产,需对尾矿坝进行中期的系统稳定性评价.对尾矿坝进行二维稳定渗流分析来计算其浸润线,再对尾矿库坝体在三种荷载组合下进行稳定性分析,最后对该尾矿坝进行压坡处理,并对处理后的坝坡稳定性进行评价.结果表明:浸润线没有从坝坡出溢,水力坡降不大,渗流稳定.在现状正常运行和洪水运行条件下,该尾矿坝的稳定性系数均大于规范要求的最小安全系数,是安全稳定的.经过计算,特殊运行条件下(最高洪水位+坝体自重+地震的荷载组合),尾矿坝的坝体稳定性系数小于规范要求的最小安全系数,该尾矿坝的稳定性在特殊情况下运行是不稳定的.因此针对该尾矿坝进行压坡处理,并对处理后的坝坡稳定性进行了重新评价,评价结果显示该加固处理措施是有效的.     

尾矿坝变形细观力学机理的颗粒流数值模拟

以新建四川省盐源县平川铁矿黄草坪尾矿库为工程背景,通过堆坝模型试验与室内土工试验,获得尾矿坝干滩面几何特征、颗粒分布规律及尾矿力学性质。基于离散元理论,采用PFC2D数值模拟软件进行双轴试验,与土工试验结果对比,得到尾矿细观力学参数,并分析尾矿坝颗粒接触力分布、颗粒位移与坝体结构变形特征。结果显示:1)初期坝中颗粒间接触力较大,形成的力链大致呈45°倾斜向上;坝体尾矿颗粒接触力随着埋深的增加而增大,在基岩凸起处接触力较大且集中。2)初期坝颗粒位移不明显,堆积坝少数尾矿颗粒沿坡面向下滚动,具有较大位移;尾矿堆积坝存在较为典型的滑移面,滑移面上部区域颗粒位移较大。3)初期坝结构变化不明显,尾矿堆积坝中靠近初期坝内坡面附近结构变形显著。     

降雨条件下草本植物根系对残积土边坡渗流稳定性的影响

为研究紫穗槐和胡枝子两种植被根系对残积土边坡的渗流稳定性影响,本实验研究设计采用数值模拟的方法进行研究,以Geo-studio软件为平台,计算分析不同降雨强度作用下,裸坡与指数形根系和均布形根系对边坡渗流及稳定性的影响规律,计算的内容包括孔隙水压力、饱和度和安全系数。研究结果表明：植被边坡的孔隙水压力的上升速度大于裸坡,指数形根系边坡的敏感性高于均布形根系边坡;植被边坡比裸坡易达到饱和,指数形根系边坡对饱和度的变化同样具有较高的敏感性,饱和度变化幅度与降雨强度呈负相关的关系;对残积土边坡稳定性影响效果,指数形根系对边坡稳定性表现得更有利,降雨强度较小时均布形根系提高作用稳定,降雨强度增大时其安全系数向裸坡靠拢,而指数形根系在四种降雨强度下对边坡仍可稳定发挥提高作用,且安全系数一直位于均布形根系之上,对提高残积土边坡稳定性的积极性更高。     

基于多段式开挖的全尺模型边坡位移分析

根据现场勘察发现,底部开挖对边坡稳定性易产生不利影响,从而引起滑坡等地质灾害的发生。本研究对全尺寸模型边坡下部多段式开挖进行实验分析,建立了一种基于位移分析的边坡稳定性评估方法。模型实验中在边坡的上部和下部共计6个点测量边坡向上和垂直于坡面的位移,研究结果表明:在所有测量点都崩塌前,沿坡面方向会位移迅速增加;坡面垂直方向上多点的位移趋于定值,但也存在单调增加的点;研究中使用坡向和垂直向位移作为分矢量,再进行合位移分析,出现了边坡开挖后从发生蠕变至坍塌的过程中,坡向位移增大而合位移几乎不变的结果。综上所述,相对于单纯坡向位移,合位移的变化量是分析挖掘引起边坡失稳的重要指标。