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。     

基于冻融循环试验的季冻区生态边坡稳定性影响研究

为研究季冻区生态边坡的稳定性，通过室内试验研究了冻融循环次数与含水率共同作用下素土及根-土复合体抗剪强度指标的变化规律。结果表明：在冻融循环作用下，初期素土及根-土复合体的黏聚力均有降低，而摩擦角均有增加，之后黏聚力及内摩擦角趋于稳定；随着含水率的提高，边坡的稳定性降低；随着冻融循环次数的增加，根系增强了滑裂面土体的抗剪强度，提高了根-土复合体边坡抵抗冻融循环作用的能力，增强了边坡的稳定性。研究结果可为季冻区生态固土护坡提供一定的理论依据。     

基于离散元方法的根土复合体冻融损伤数值模拟研究

为探究在冻融环境条件影响下根系对边坡稳定性所发挥的积极效应,基于离散元方法对冻融循环作用下根土复合体的力学特性进行研究。利用PFC软件,提出一种新的冻融损伤模拟方法,对黄土进行不同冻融循环次数下的模拟。利用此方法,黄土在不同循环次数下无侧限抗压强度的模拟结果和试验结果较为吻合,证明了此方法的可行性。之后建立根系模型,模拟根土复合体的UU三轴试验,并对根土复合体的数值模型进行参数标定。进一步探究根系角度对根土复合体强度的影响效应,并对不同冻融循环次数下根土复合体的强度特性进行数值模拟研究。结果表明：所提出的冻融损伤模拟方法可以较好地模拟黄土在冻融循环作用下的劣化效应;根系的存在会提高土体的强度特性,在相同的冻融循环次数下,根土复合体的强度均高于素土,并且根土复合体的强度会随着冻融循环次数的增加先下降后趋于平缓;当根系倾角为90°时,对土体的强度提高效应最大,并且在冻融循环作用下,强度下降较低。当根系倾角为0°时,对土体的强度提高最小。研究成果为从细观角度探究根土复合体的冻融损伤机理提供了新途径,并且可为寒区生态边坡工程建设提供指导意义。     

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。     

冻融循环作用下黄土边坡的浅层滑动探讨

季节性冻土地区的黄土边坡在春融期往往会发生浅层滑塌,这给工程和人们的生命财产带来了巨大的安全隐患。对不同含水率的重塑黄土进行反复冻融后,采用直剪试验测定其抗剪强度,研究了含水率w和冻融次数n对黄土抗剪强度特性的影响。试验结果表明:在一维冻融条件下,土体内部水分发生了迁移并产生了最大含水层,最大含水层所处位置及其抗剪强度参数受冻融次数和初始含水率的共同影响。其次,根据试验结果及黄土边坡浅层滑塌的特点,采用Janbu法计算了反复冻融作用下黄土边坡浅层土体各层的安全系数并进行对比分析。分析结果表明:在反复冻融作用下,黄土边坡浅层土体最大含水层的位置及其抗剪强度是影响边坡浅层土体稳定性的重要因素。     

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.     

浅层滑坡中乔木直根阻滑效应及变形特性试验研究—平行双根

为探索乔木根系在浅层滑坡中的阻滑效应及变形特性,以自行设计加工的大型层叠式根土复合体直剪仪为基础,对海口地区橡胶树(乔木)直根进行了不同深度剪切面处的乔木根土复合体大型直剪试验,得到了不同剪切面处乔木根系的阻滑能力及变形特性。试验结果表明：对比相同推力作用下含根土和素土剪切盒位移发现根系的存在具有提高土体强度延缓破坏的能力,乔木根系的存在主要通过根土之间的摩擦力起到对土体的加筋作用来有效提高土体的强度。随着剪切深度的增大,根系的阻滑能力逐渐加大,但加筋率逐渐减小;靠近剪切面处的根系相对位移最大,随着距剪切面距离的增加根系位移逐渐减小;根系的变形说明根系有将剪切面上下土体连成整体共同承受剪力的作用且根系变形越大抵抗抗剪强度的能力越大。研究成果对于深入研究乔木直根在浅层滑坡中的阻滑及变形机理提供了试验依据,为更好的将植被根系的阻滑作用运用到浅层边坡治理中奠定了基础。     

浅层滑坡中乔木直根阻滑效应及变形特性的试验研究——平行双根

为探索乔木根系在浅层滑坡中的阻滑效应及变形特性,以自行设计加工的大型层叠式根土复合体直剪仪为基础,对海口地区橡胶树(乔木)直根进行了不同深度剪切面处的乔木根土复合体大型直剪试验,得到了不同剪切面处乔木根系的阻滑能力及变形特性。试验结果表明:对比相同推力作用下含根土和素土剪切盒位移,发现根系的存在具有提高土体强度,延缓破坏的能力,乔木根系的存在主要通过根土之间的摩擦力起到对土体的加筋作用来有效提高土体的强度。随着剪切深度的增大,根系的阻滑能力逐渐加大;但加筋率逐渐减小。靠近剪切面处的根系相对位移最大,随着距剪切面距离的增加根系位移逐渐减小。根系的变形说明根系有将剪切面上下土体连成整体共同承受剪力的作用,且根系变形越大抵抗抗剪强度的能力越大。研究成果对于深入研究乔木直根在浅层滑坡中的阻滑及变形机理提供了试验依据,为更好的将植被根系的阻滑作用运用到浅层边坡治理中奠定了基础。     

基于修正的传递系数法的粉土质边坡冻融稳定性分析

为了给冻融边坡的稳定系数计算方法提供更多的有效途径,以G580线和田至康西瓦公路段K81+100粉土边坡为研究对象,从冻融边坡的特征入手,考虑边坡融化后的渗透力,以及热流量对融化深度的影响。对传递系数法进行修正,推导出冻融边坡稳定系数的计算公式。通过具体条件分析不同温度变化下融化深度与稳定系数的关系,得出融深1.2 m时边坡稳定性最差。基于日气温变化正弦函数公式分析,得出上午7~10时稳定系数降低幅度最大,约7.2%;14时的时候达到每日最大融深,稳定系数降至最小值1.255。通过改变粉土含水率发现当含水率大于20%,边坡开始处于最不稳定状态。最后利用Flac3D建立温度场模拟土体冻结融化的情况,得出边坡稳定系数为1.281,在水的渗流和自重情况下,竖直方向在坡体上缘发生约53.5 mm的最大位移,水平方向在滑体中下部发生约82.6 mm的最大位移。模拟数据与现实情况吻合良好,为冻融区粉土边坡稳定性研究提供了理论依据。     

紫色土耕地埂坎2种典型根——土复合体抗剪强度特征

选择紫色土耕地典型埂坎采样进行直剪试验,测试了黄豆根—土复合体、杂草根—土复合体和素土的抗剪强度,根据Mohr-Coulomb公式计算了黏聚力和内摩擦角.结果表明:试样剪切位移相同时,剪应力随轴向荷载增加均呈非线性增大.轴向荷载相同时,黄豆根—土复合体、杂草根—土复合体和素土剪应力峰值均随深度增加而减小.剪切位移为0~6mm时,2种根—土复合体和素土试样剪应力随剪切位移的增加而增加,剪切位移为6~10mm时,剪应力基本保持稳定.与素土相比,黄豆和杂草根系能明显提高0~10cm和10~20cm层紫色土极限抗剪强度,相对而言,杂草根系较发达且扰动小,固结土壤效果更好.20~30cm层黄豆、杂草2种根—土复合体中根系含量少,极限抗剪强度与素土间均无显著性差异.黄豆、杂草根—土复合体试样残余抗剪强度在4种轴向荷载下均随深度的增加而减小.轴向荷载为100k Pa和200k Pa时,素土试样残余抗剪强度从0~10cm到10~20cm层明显减小,而10~20cm与20~30cm层间差异不大,轴向荷载为300k Pa和400k Pa时,残余抗剪强度值随深度的增加而减小.     

地表覆盖对季节性冻融土壤温度影响研究

基于季节性冻土分布区冻融期间土壤温度的田间试验,研究了地膜覆盖、地膜与秸秆双重覆盖对冻融土壤剖面温度的影响。结果表明:地膜覆盖对试验土层有明显的增温效应,而地膜、秸秆双重覆盖对土壤增温的影响只限于耕作层内;越冬期试验土层范围内,各处理地块的地温均经历降低、趋于稳定、升高的过程;地膜、秸秆覆盖可平抑土壤温度变化,明显缩小温差;在冻结阶段和融化阶段,三种处理地块40~100 cm深度处地温降低和升高的幅度随深度的加大而减小。研究结果对于改善季节性冻土区土壤热状况,指导农业生产具有实际意义。     

冻融循环作用对土质边坡稳定性的影响

为研究冻融循环作用对土质边坡稳定性的影响,利用强度折减法,通过大型有限元软件ABAQUS计算获得边坡的稳定安全系数,与简化Bishop法获得的理论安全系数进行比较,并以特征部位位移发生突变作为破坏判据,研究了坡度和冻融循环次数对边坡稳定性的影响。结果表明:采用有限元中边坡整体失稳的三种判据得到的安全系数相差不大,且与简化Bishop法得到的理论解误差很小;当坡度一定时,边坡的安全系数随冻融循环次数增加逐渐降低,并最终趋于稳定;当冻融循环次数一定时,边坡安全系数随坡角的减小而增大,即边坡越平缓,安全系数越大,边坡稳定性越好,可为边坡稳定性影响因素的探究提供参考。     

基于Midas GTS/NX的新疆沙漠输水明渠风积土岸坡稳定性分析

为了准确评估各类工况对新疆沙漠输水明渠风积土岸坡稳定性的影响。通过开展室内土工试验及对该渠道岸坡地质工况进行了调查,采取Midas GTS/NX软件中的强度折减法对输水明渠在未加固和加固两种工况下的竣工期、降雨期、输水期和水位骤降4个时期的二维岸坡进行稳定性计算,通过对比岸坡在未加固与加固两个工况下4个时期的整体位移量、等效塑性应变区和安全系数,对岸坡整体稳定及加固效果给出了分析及评价。结果表明：渠道未加固与加固两个工况下4个时期下风积土岸坡均处于稳定状态,安全系数均大于1.30;渠道位于输水期时,坡体前缘水压增加,有效提高渠道岸坡的安全系数,但水位骤降对风积土岸坡稳定性影响最大,降雨次之;未加固时,4个时期的岸坡等效塑性应变区呈圆弧状且已贯通;经加固后,岸坡等效塑性应变区大体沿衬砌呈直线分布,滑移带位移变形得到较好控制,极大程度降低了滑坡灾害发生的可能性。研究结果在一定程度上可以为新疆沙漠风积土输水渠道工程建设提供参考。     

中国寒区粗粒土力学研究现状与进展

在寒冷地区,粗粒土是路基、土石坝等工程主要填料,也在高寒山区斜坡上广泛分布.寒区高铁路基冬季冻胀病害和高海拔斜坡春季滑塌灾害等的防治与评价,均与冻融作用下粗粒土的力学特性密切相关.在查阅大量中外文献的基础上,从本构关系、物理特性、力学性质和界面问题等方面对寒区粗粒土力学理论的研究现状进行综述.通过引入不同新理论建立了考...     

有限元强度折减法在膨胀土堑坡滑坍分析中的应用

由于膨胀土路堑边坡滑坍机理复杂，用传统分析方法难以作出合理的分析和解释．有限元强度折减法采用土的非线性弹塑性本构模型，考虑膨胀力的作用，通过对坡体的应力、应变分析计算，可获得其变形过程和潜在滑面，还能采用安全系数来评价边坡的稳定性．为此，在合理考虑边坡土体强度参数取值的基础上，以面力方式引入膨胀力，尝试用有限元强度折减法和Ansys软件，分析了广西南宁-友谊关高速公路膨胀土堑坡滑坍规律，所得结果令人满意．     

季冻区边坡地下水渗流模型试验

随着季节冻土区的交通网络建设和基础设施建设项目不断增多,季节冻土区边坡工程冻融灾害问题越发严重。中国在此方面的研究起步较晚,中国学者虽积极开展研究;但较少有人通过试验手段研究地下水位变化对季节冻土区边坡的影响。使得季节冻土区边坡因春融期地下水上升引起的冻融-渗流稳定性问题成为亟待研究的课题之一。通过室内模型试验,揭示季节冻土区粉质黏土边坡在不同初始含水率、相同坡比的条件下,随着地下水位的升高,粉质黏土边坡在春融期破坏形式由浅层滑坡破坏向整体破坏过渡。     

生态护坡中桉树根系的固土效果试验研究

目的研究生态护坡中植物根系在土体中的加固方法和原理。方法通过土样的含水量测定试验、直剪试验和现场抗拉试验,建立了桉树林地土壤含水量与抗剪强度指标以及根系直径与根系最大抗拉强度和最大抗拉力之间的关系。结果土体抗剪强度参数值均随着土壤含水量的增加而减小,根系最大抗拉强度随着根系直径的增加呈现增加的趋势,最大抗拉力随着根系直径的增加呈现出减小的趋势,而植被根系的最大抗拉拔力与根土之间的静摩擦系数、根的直径、埋深和根周围土体的重度有关。结论根系最大抗拉强度与根系直径两者之间符合指数函数关系,最大抗拉力与根系直径两者之间符合正相关关系,植被根系越粗埋深越大,周围土体越密实则其最大抗拉力就越大。     

青藏公路冻土路基最大设计高度研究

针对冻土路基斜坡稳定性受温度场影响的特殊性,采用自行开发的数字路基仿真平台对不同地温、不同坡度和不同路基高度条件下的大量工况进行了温度场数值模拟。采用冻土力学参数与地温的拟合公式将温度场与力学场关联起来,并考虑到冻融交界面作为软弱夹层对于冻土路基稳定性控制作用,采用自行编制的冻土斜坡稳定性评价程序对各工况进行了稳定性系数计算,并考虑了荷载作用对冻土路基斜坡稳定性的影响。参照《公路路基设计规范》中对于路堤软弱层滑动稳定性的设计规定,提出了不同坡比、不同荷载作用条件下的冻土路基最大设计高度。