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1、夹竹桃根系分枝角度对边坡稳定性影响 生态环境学报, : ?:/. ? : .夹竹桃根系分枝角度对边坡稳定性影响嵇晓雷 ,杨平.南京林业大学土木工程学院,江苏 南京 ; .江苏广播电视大学建筑工程系,江苏 南京 摘要:植物根系与土的互相关系非常复杂,将根土复合体当作由土体、根系所联系起来的有机体,提出基于根系形态特性的同土机理数值分析措施,研究在雨水侵蚀力和坡面径流侵蚀力作用下,不同的根系形态对土体的应力场和位移场的影响。选择常用护坡植物夹竹 作为研究对象,根据植物天然生长形态特性,建立植物根系数值模型,研究主侧根夹角度数不同的根系模型对边坡表层土体稳定性的影响。研究成果表白:运用有限元法可以模
2、拟土体与根系的共同作用,可形象直观地体现植物根系对于边坡表层应力场和位移场的影响,根系的存在可以在土体中形成刚度较大的网状构造,网状结构可以有效的通过应力扩散作用将外力传递到周边土体,使边坡的应力向土层周边传递,从而增长了根系分布层整体的抵御作用,能有效提高边坡表层土体整体稳定性,有效减小边坡表层土体位移量,边坡表层土体位移量随着根系长度的增长逐渐减小,根系主侧根夹角不同对边坡表层位移影响不同。主侧根夹角 。 。,对减小边坡表层位移变化量最为有效。选择合适根系分布形态的护坡植物对稳定边坡表层土体具有不同的效果。植物根系对于边坡土体的稳定性仅限于边坡浅层土体,植物根系固土的作用重要是增长浅层土体
3、的黏聚力,限制浅层土体的侧向位移,在土体表层形成加筋网络作用,提高边坡土体表层的稳定性。核心词:主侧根夹角;根系形态;有限元;稳定性;位移中图分类号: 文献标志码: 文章编号: ?. ?引用格式:嵇晓雷,杨平.夹竹桃根系分枝角度对边坡稳定性影响.生态环境学报, , : ? . , . , :? .国内的滑坡以浅表层滑坡最为常用,约占所有 采用二维平面应变模型,分析夹竹桃根系对边类型的 / 左右,国内外有关植物根系固土功能及 坡表层土体产生稳定作用。为了有效地反映根系的提高坡面抗滑能力的研究表白,植物根系护坡可以 浅层固坡效果,数值计算中选择坡度不大的边坡模型进行分析,夹竹桃根系植入边坡表层有限
4、元计算提高坡面的稳定性,对浅表层滑坡具有有效的治理和避免作用。等觉得由于根系的存在而使土壤 模型,模型左右 侧边界采用 向约束,底面采用 、 双向约束,如图 所示。有限元网格图如剪力强度增长 ,增长率在 % %。图 所示,上部网格小,下部大,土体共 个等运用根系一土壤互相作用模型研究了根系对边单元。坡稳定性的影响。 等研究了边坡稳定性分析中. 模型及参数根系的作用。不同植物根系分布形态有明显区别,. . 土体模型而根系形态不同对边坡表层稳定性影响也不同,选择合适根系形态分布的植物,对边坡表层稳定具有 实验所用土体为现场调研时在植物生长区域十分重要作用?。本文以夹竹 根 内取回的土体。根据实验成
5、果拟定土体性质为粉质黏土。土体采用常规抱负弹塑性本构模型和系固坡为例,运用非线性有限元软件研究在雨水侵 的破坏准则。采用 节点平面应变蚀力和坡面径流侵蚀力作用下,研究不同主侧根夹实体单元 。为了避免所划分单元畸形影响计角的根系对边坡稳定性的影响,在根系固土的定量化分析方面进行有效摸索,为选择有效护坡植物提 算成果,对坡面下部土体采用 节点单元模型,平面应变实体单元 ,坡面处土体采用 节点平供科学根据。数值计算模型与参数 面应变单元,具体参数根据室内 轴压缩实验取. 模型范畴及边界条件 得,实测土体计算参数如表 所示。基金项目:教育部博士点基金项目 ,江苏省高校优势学科建设工程资助项目作者简介:
6、嵇晓雷 年生,男,博士研究生,重要从事环境岩土与地下工程的研究工作。 ? :. 通信作者:杨平年生,男,专家,博士生导师,重要从事环境岩土与地下工程的教学与研究丁作 : .收稿日期:. . 嵇晓雷等:夹竹桃根系分枝角度对边坡稳定性影响眦/删 浍 凹 勰 拍。 降雨引起土体容重增长,使得边坡的抗滑力矩增长,同步土体的抗滑力矩减小,当滑动力矩的量唧增量不小于抗滑力矩时,坡体表层即处在不稳定状态。降雨条件下,边坡土体抗拉强度极低,在较大枝侧根拉应力作用下,边坡表面最先发生变形,其变形达枝侧根枝侧根 到一定限度,最先在最大拉应力处发生拉裂,然后裂缝逐渐发展,从而也许形成坡顶拉裂破坏,然后 向坡体内部发
7、展,最后形成坡体整体破坏】。因主侧根夹角 。此,在边坡表层植入根系,根系可以分担土体的部图 主侧根夹角对对表层土体水平位移影响曲线图坝主但主坝主便主 一.分应力,并通过应力扩散作用传递到周边土体,使根根根根夹夹夹夹边坡的应力向土层周边和深部传递,从而增长了根角角角角 系分布层整体的抵御作用,对控制边坡的变形和提度度度度侧根高边坡的稳定性有利。同步根系可以吸取坡体土体侧根.侧根内的水分,通过对土体水分的影响,减缓边坡土体.内非饱和区域含水量的增长,更加有助于边坡的稳.定。.结论.根土的互相作用关系非常复杂,本文通过有限.元法,把根土当作是一种复合的整体,模拟土体与主侧根夹角/。根系的共同作用,形
8、象直观地阐明根系的固土作用。提出了根系侧根数量和主侧根夹角对边坡表层图 主侧根夹角对边坡表层土体竖向位移影响曲线图.固土机理的数值分析措施,该措施能反映根系侧根数量以及主侧根夹角对边坡表层土体的应力应变的影响。有限元分析成果表白: 在降雨条件下,夹竹桃根系可以分担土体部分应力,增大土体整体稳定性,减小边坡表层土体位移量,但根系影响范畴仅局限于土体浅层。 根系的侧根数量以及主侧根夹角影响边坡表层土体的稳定性。随着侧根数量不断增大,对提侧根数量高边坡表层土体稳定性效果越来越明显,主侧根夹图 侧根数量对边坡表层土体水平位移影响曲线图. 角为 。根系对稳定边坡表层土体最为有效。 本文的计算表白,运用有
9、限元进行根系固土机理分析的措施是可行的,但需要进一步探讨和研究,以便在实践中推广应用。植物根系固坡的影响因素是多方面的,而本文中对植物根系形态进行三多 了较多的简化,采用的措施应用在植物固坡效果定量分析方面是一种新的尝试,有关根系固土的理论三 戮.?,卜主侧根夹角 度与实践,还需要进一步研究。参照文献:侧根数量石明强.高速公路边坡生态防护与植物固坡的力学分析 】.武汉:武汉理工大学研究生论文. .图 侧根数量对边坡表层土体竖向位移影响曲线图】 赵冰华,沈振中.降雨条件下岩体边坡稳定性数值模拟与分析. .中国农村水利水电,: ? .刘鑫,满秀玲.毛乌素沙地梁地上小叶杨根系分布特性.中国水土保持科学, : . .力和内摩擦角均减少,使的土体的抗剪强度减少,陈丽华,刘秀萍,宋维峰,等.降雨条件下刺槐林边坡稳定性分析.边坡应力场发生变化,边坡表层也许发生水土流失北京林业大学学报,:.
夹竹桃根系分枝角度对边坡稳定性影响
