高寒矿区草本植物根系增强排土场边坡土体抗剪强度试验研究

为研究草本植物根系对增强高寒地区露天煤矿排土场边坡土体抗剪强度的贡献以及相关因素对边坡土体抗剪强度的影响,以青海境内祁连山北缘江仓露天煤矿排土场为试验区,在排土场边坡组合种植垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)和冷地早熟禾(Poa pratensis L.)2种草本植物,在边坡3个不同位置处分别制取不含根系素土和根-土复合体试样进行直剪试验,探讨土体物理力学性质以及植物根系数量与根-土复合体抗剪强度之间的关系。结果表明:（1）随着边坡海拔升高,坡面浅层素土和根-土复合体试样的密度和砂粒含量呈显著增加,含水率、粉粒和黏粒含量显著降低;（2）与边坡素土试样抗剪强度相比,坡底、坡中和坡顶位置处根-土复合体抗剪强度增幅分别为4.09%、18.92%和0.69%;（3）在素土和根-土复合体试样中,含水率与黏聚力之间呈显著负相关关系,相关系数分别为-0.943和-0.969;土体中砂粒含量与内摩擦角之间呈显著正相关关系,相关系数分别为0.940和0.926;（4）坡底至坡顶位置处根-土复合体的黏聚力与素土相比,增幅分别为29.23%,54.40%,26.45%。     

退化高寒草原人工恢复植被根系及根-土复合体力学特性研究

为研究人工恢复草本植物对青藏铁路沿线退化高寒草原土体抗剪强度增强作用,以青藏铁路沱沱河段人工草地建植区为研究区,通过对区内生长期为1 a的3种组合种植草本植物开展单根拉伸和根-土复合体直剪试验,评价了3种草本组合单根、根-土复合体力学强度特性。研究结果表明:组合类型I即扁穗冰草（Agropyron cristatum）+碱茅（Puccinellia distans）+冷地早熟禾（Poa crymophila）,其3种草本平均根径（0.06～0.34 mm）、平均抗拉力（0.58～3.09 N）、平均抗拉强度（36.87~221.70 MPa）相对最大;3种草本组合其单根抗拉力与根径呈幂函数正相关关系,而抗拉强度与根径呈幂函数负相关关系;直剪试验结果表明,3种草本组合其根-土复合体黏聚力均随深度增加而降低,其中组合类型I其根-土复合体黏聚力相对最大为32.62 kPa,且较组合类型II、组合类型III根-土复合体黏聚力的增加幅度分别为15.3 %、57.7 %,表现出草本组合类型I具有相对更为显著的增强土体抗剪强度作用。研究结果可为青藏铁路沿线高寒草地退化、水土流失、浅层滑坡等灾害防治提供理论依据,同时对采用种植植被开展沿线生态恢复具有实际指导意义。     

西宁盆地黄土区边坡土体含水量对植物根-土复合体抗剪强度影响的试验研究

为进一步研究植物根系的固土护坡力学效应,探讨边坡土体含水量对植物根系增强土体抗剪强度的影响,以西宁盆地长岭沟流域作为研究区,选取两种优势灌木植物柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii Kom.)、白刺(Nitraria sphaerocarpa Maxim.)和两种优势草本植物芨芨草(Achnatheru...     

植物根系对土体抗剪强度影响的研究

通过室内直剪实验分析了不同含水率下有根和无根的扰动砾砂土体的抗剪性能。得出:在相同含水率下,有根土体相对于无根土体其内聚力较小,内摩擦角较大;有根土体的抗剪强度随含水率的增大而减小。最后为其在工程中的应用提出了一些建议,可为植物根系护坡技术的应用提供一定的借鉴意义。     

冻融循环条件下含根系土的力学特性

植物根系对土体有力学加筋作用,可以有效提高土体的强度,防止浅层滑坡和地表侵蚀,因而广泛应用于边坡防护。然而在中西部的季节冻土区,植被边坡的土体反复冻结融化,在植物根系力学加筋和冻融损伤的双重作用下,其力学性质也会发生变化,对边坡稳定性产生不确定因素。因此,为探究冻融和根系分布对土体的复合影响,采用贡嘎山海螺沟流域土壤及花楸根系进行三轴固结不排水试验,研究了冻融循环作用下,含根系土体的强度变化。考虑不同冻融循环次数(0、1、5次)和根系分布方式(竖向均匀分布:三层各一根;水平均匀分布:中间一层三根),绘制应力应变曲线和孔压应变曲线,对比分析两种试样的应力应变特性,并通过抗剪强度包线获得总应力抗剪强度指标和有效应力抗剪强度指标。结果表明:(1)随冻融循环次数的增加,三层各一根试样和中间三根试样的峰值强度均逐渐降低,黏聚力和内摩擦力也逐渐减小,在低围压(25 kPa)条件下冻融循环作用对含根系土强度减弱作用较为明显,但在高围压条件下,植物根系对土的强度的增强作用仍不可忽视;(2)即使发生了冻融循环,根系仍在一定程度上提高了土体的强度,其增强效果受到分布方式的影响,三层各一根的排列方式增强作用...     

紫花苜蓿根系?黄土复合体剪切特性与库仑修正模型

植物根系可以显著提升土体的强度。为探究紫花苜蓿根系对黄土抗剪性能的增强作用,选取生长周期为60 d的紫花苜蓿根系?黄土复合体为研究对象,通过剪切试验和根系拉伸试验获取紫花苜蓿根系?黄土复合体抗剪强度和根系抗拉强度参数,采用电子放大镜观察紫花苜蓿根系结构与特征,利用经验公式建立根?土复合体库仑修正模型,并对比分析库仑修正模型、WWM模型及修正WWM模型的优缺点,对黄土地区植物根系增强土体强度进行评价。结果表明:紫花苜蓿根系对土体抗剪性能的增强效应显著;紫花苜蓿根系发达,根径在0.2~6.7 mm,随着根径的增大,单根极限抗拉力呈指数式增大,抗拉强度呈指数式降低;不同RAR(Root Area Ratio,即根系横截面积之和与土体横截面积的比值)下的根?土复合体抗剪强度相比素土样提升显著,RAR与黏聚力和内摩擦角之间具有显著的相关关系,其中RAR与黏聚力之间呈线性正相关关系,与内摩擦角之间呈高斯函数关系;根?土复合体库仑修正模型对黄土区草本植物根?土复合体的抗剪强度增量预测具有较好的合理性、有效性及适用性,修正WWM模型次之,WWM预测精度相对较差;而在木本植物根?土复合体的抗剪强度增量预测方面,根?土复合体库仑修正模型和修正WWM模型的预测精度要远高于WWM模型。研究结果对黄土地区植被护坡工程具有指导意义。      

西宁盆地黄土区草本和灌木组合根系分布特征及其增强土体抗剪强度效应

为了研究草本和灌木组合种植条件下根系的护坡力学效应，本试验以种植于西宁盆地自建试验区生长期为1 a的6种草本和灌木组合作为试验供试种，在草本和灌木组合根-土复合体原状试样直剪试验基础上，评价了6种组合根系分布特征及其对边坡土体抗剪强度的增强效应。试验结果表明:试验区6种草本和灌木组合根系主要分布在边坡地表以下0~30 cm深度范围内，含根量随着取样深度增加呈线性函数或指数函数降低趋势；6种组合草本与灌木根系质量比随着土体深度增加，呈先降低后增大的变化趋势，且两者间符合二次函数关系；6种草本和灌木组合根-土复合体黏聚力在边坡地表以下0~30 cm深度范围内，较素土黏聚力增幅为2.47% ~70.96%，说明草本和灌木组合根系能够起到增强边坡土体黏聚力的作用，其中组合5(紫花苜蓿+垂穗披碱草+碱茅+草地早熟禾+柠条锦鸡儿)对边坡土体黏聚力的增强作用相对较为显著。上述试验成果对于西宁盆地及其周边地区生态恢复和植被护坡工程实施具有一定的实际指导意义和理论研究价值。     

含水量对黄土边坡稳定性的影响

为了研究含水量变化对黄土边坡稳定性的影响,首先对兰州某黄土边坡的黄土试样进行了不同含水量下的直剪试验。试验结果表明,随着含水量的增加,黄土的抗剪强度以幂函数形式减小。但含水量对内摩擦角的影响更显著。因为黄土的粘聚力较小,其变化对抗剪强度的影响相对较小。其次,应用直剪试验结果对四个简单边坡模型进行了黄土边坡稳定性系数随含水量变化的分析。分析表明:随着含水量的增加,黄土边坡的稳定性系数以幂函数形式逐渐降低,当含水量较高时逐渐趋缓。实际上,边坡稳定性系数随含水量变化规律与抗剪强度随含水量变化规律相似。相同坡度时,边坡的高度对稳定性系数有不太大的影响,特别当黄土边坡含水量达到9%以上时,坡高对边坡稳定性系数的影响可以忽略。     

青藏粉土-玻璃钢接触面力学特性直剪试验研究

青藏直流±400 kV输变电工程中采用表面光滑的玻璃钢覆盖基础表面,以减少切向冻胀力对基础的冻拔作用。过去的研究鲜有涉及土体特别是冻土与玻璃钢基础接触面的力学特性,为指导冻土区基础设计和安全评价,采用应变直剪仪开展了多种含水率和温度条件下青藏粉土-玻璃钢接触面直剪试验研究。结果表明,青藏粉土-玻璃钢接触面屈服时相应剪切位移很小,应变硬化阶段短暂或不显著;冻结状态下接触面应力-位移性状呈脆性破坏型,存在明显峰值;融化状态时接触面的剪应力-位移性状呈塑性破坏型,其应力-位移关系曲线为弱软化型和屈服型,没有明显峰值;融化状态时接触面抗剪强度值随含水率的增加而缓慢减小,冻结状态时其强度随负温绝对值和含水率的增加而增大,且随着土体含水率的增大,温度降低导致接触面抗剪强度增强效果更加显著,土体含水率大于19%后抗剪强度趋于稳定;温度对抗剪强度的影响主要体现于黏聚力的改变,且随着含水率的增加,温度影响增强。接触面内摩擦角随负温绝对值增加而减小,随含水率的增加而减小。     

根系和裂隙对土体水力和力学特性影响数值模拟

为探究根系和裂隙对土体水力及力学特性的影响,利用有限元软件计算降雨过程中裂隙和根土间隙对渗流场的影响,并以渗流计算结果为基础,分析降雨对根系固土作用的影响,采用分区强度折减法对降雨前后根?土复合体进行直剪试验模拟,同时考虑了侧根倾角的影响。结果表明,裂隙和根土间隙为雨水入渗提供优先通道,降雨影响深度随裂隙深度增加而增加;有根系时降雨影响深度由主根深度决定,侧根倾角对其影响较小,考虑根土间隙影响的降雨影响深度相较于无根系工况增加了93.3%;根系能显著提高土体的抗剪强度,相对于垂直主根方向的不同倾角,侧根增加土体抗剪强度由大至小依次为60o、45o、30o侧根和无根系;雨水入渗降低了土体强度,同时削弱了根系固土作用,使得降雨后根-土复合体抗剪强度大幅降低,是许多植被覆盖边坡仍发生浅层滑动原因之一。     

黄土坡滑坡滑带土非饱和力学特性试验研究

以三峡库区黄土坡滑坡临江I号崩滑体的滑带土为研究对象,研究基质吸力对非饱和滑带土的强度与变形等力学性质的影响。利用GDS非饱和反压直剪仪对滑带土进行了不同净法向应力和基质吸力组合下的直剪试验。试验结果表明:相同的基质吸力作用下,滑带土抗剪强度随着净法向应力的增大而增大。当滑带土试样中基质吸力较小时(50kPa),试样剪切过程中的应力-应变曲线,随着净法向应力的增大表现为应变硬化型。之后随着基质吸力的增加,当吸力大于净法向应力时,剪切应力-应变曲线表现为较明显的达到峰值后软化。反之,应力-应变曲线表现为应变硬化型。相同净法向应力下,抗剪强度随着吸力的增大而增大,剪切应力-应变曲线由低法向应力下的达到峰值后软化向高法向应力下的应变硬化转变。剪切过程的轴向位移表现为:当吸力大于净法向应力时,表现为剪胀; 反之,表现为剪缩。滑带土固结排水剪切条件下得到的黏聚力随着基质吸力呈线性增长关系。得到了滑带土的吸力摩擦角b为13.7,有效内摩擦角有较小增长,平均有效内摩擦角15.9。     

高速公路边坡植草护坡的根固效应试验研究

针对目前国内植草护坡这一高速公路边坡防护措施,分析了植草护坡的加固机制,对根系护坡的锚固效应进行了试验研究。基于室内直剪试验结果,分析了根系含量对土体抗剪强度指标c、 的影响,建立了植草护坡的根系锚固效应公式,可为边坡绿化的设计和施工提供一定的借鉴意义。     

南水北调中线膨胀土工程特性与边坡滑动破坏机制

依托南水北调中线工程半个多世纪的勘察与研究,在十一五、十二五国家科技支撑计划和国家重点研发计划专项多个项目和课题支持下,通过现场勘察与室内实验、大型渠道原型试验、边坡监测与现场解剖、数值模拟等研究方法,系统研究了膨胀土结构等工程特征及边坡破坏特征。研究结果表明膨胀土在宏观结构存在明显垂直分带特征,其浅层破坏主要表现为坡面冲刷和浅表蠕变,深层滑动破坏受制于膨胀土内部结构面,边坡土体强度取决于软弱结构面强度。基于试验研究成果,提出了膨胀土浅层蠕变和深层折线滑动破坏新机制。     

坡地系统土壤侵蚀定量评价方法

区域性土壤侵蚀的定量评在涉及到泥沙输移的非连续性难题和众多的非确定性因素，目前应用较普遍的小区定量难以适用。所提出的定量评价方法是利用ＧＩＳ技术、模糊数学、将以分布参数为特征的区域坡地系统划分成若干类具有集中参数特征的基本侵蚀单元，结合ＵＳＬＥ方程来模拟空间上不同侵蚀背景条件下土壤侵蚀的强度，并可以确定影响土壤侵蚀的主要因子及其排序，该方法适用性强，可用于不同空间尺度的土壤侵蚀定量评价。     

天津地区海积软土结构强度及其对力学特征的影响

海积软土是一种结构性土，具有结构连结强度。其压缩曲线呈现出超固结土的压缩的曲线形式。强度曲线为二段折线，在应力小于σ'k时表现出超固结土的力学特征。而当应力水平高于这一临界值时，表现出正常固结土的力学特性。对其结构连结的成因进行了简单探讨。     

工程滑坡滑带土抗剪强度与地形坡度的关系

对 12个滑坡滑带土的抗剪强度和相应地形坡角进行了回归分析 ,发现滑带土的抗剪强度与地形坡角之间呈直线关系。     

土石混合体强度特性的大型三轴试验

以土石混合体重塑样为研究对象,采用大型三轴试验仪对其进行固结不排水试验,研究了含石量和围压对土石混合体力学性质的影响,分析了不同含石量、不同围压条件下土石混合体剪切强度和初始剪切刚度的变化趋势。实验结果表明：土石混合体的变形破坏模式不同于常规的岩土体,应力-应变曲线存在应力跳跃现象,且不同含石量、不同围压条件下,土石混合体的变形破坏模式也不同;土石混合体的剪切强度随着围压的增大而增大,随着含石量的增大先增大后减小,当围压增加一倍时,在不同的围压水平下,土石混合体的剪切强度的变化趋势不同;土石混合体的初始剪切刚度随着围压的增大而增大,随着含石量的增大先增大后减小,当围压增加一倍时,土石混合体的初始剪切刚度与剪切强度变化趋势一致。     

基于原位剪切试验的膨胀土边坡稳定性研究

膨胀土边坡稳定性一直是膨胀土研究领域的重要课题,以南阳地区膨胀土为试验对象,根据原位剪切试验给出膨胀土抗剪强度取值方法,在试验的基础上提出了膨胀土抗剪强度的修正计算公式,然后应用到该地区的膨胀土边坡稳定性计算,通过对典型边坡的分析表明,其方法对膨胀土边坡稳定性评价具有重要参考意义。