林草混交根土复合体力学特性研究

【摘要】边坡的失稳破坏是一种常见的、多发的自然地质灾害。我国南方多为丘陵地带,近20年来,高速公路、高速铁路等基础设施建设迅速发展,导致大量的路基边坡发生边坡失稳破坏。传统刚性边坡防护虽能大幅提高边坡稳定性,但造价高且严重破坏生态环境,而采用廉价的植被恢复技术进行生态护坡日益受到高度重视。种植草皮或根系较浅的植物等早期生态护坡方式只适于水土保持和浅层土体的防护,对于破裂面较大、较深的边坡效果不明显。采用工程技术和林草一体化的生态技术相结合的防护方法,在边坡上种植合适的灌木和草本植物,既可防护和控制表层滑坡,又可以对深层起到“植物土钉”的锚固作用。它不但可以提高坡体的整体稳定性,还可以消除噪音、改善公路周边的光、热环境和生态环境。因此,研究林草一体化高稳定性生态护坡技术,将边坡防护工程和生态效应进行有机结合,具有重要理论价值和工程意义。本文基于国内外生态边坡相关理论和先进技术,依托国家自然科学基金项目“高强度林草混交根系成型机理与边坡根系土体加固机制研究”(项目编号：31270671)、国家林业局948项目“林草一体化高稳定性生态护坡技术引进”(项目编号：2012-4-76)、湖南省自然科学基金资助项目“植物防护边坡力学特性研究”(项目编号：12JJ5015)、以及中南林业科技大学“研究生科技创新基金资助项目”(项目号：CX2012824)等开展相关研究。通过试验研究和理论分析,探讨了林草混交根土复合体的力学特性,研究工作的主要内容和取得的创新成果如下。研究工作的主要内容：1、设计了不同的植株密度和边坡坡度,在室外模型箱内种植了草本植物香根草和灌木植物小叶女贞。2、通过一年的培育后,对不同含根量、不同含根比和不同含水量等条件下的香根草和小叶女贞混交根系根土复合体进行了直剪试验,探索了在不同情况下混交根系根土复合体的抗剪强度规律。3、对林草混交根系根土复合体进行了三轴剪切试验,进一步分析了混交根系根土复合体的抗剪强度特性。4、在试验研究的基础上,通过模型分析和参数选择,对混交根系根土复合体的强度规律和本构模型等进行了理论研究。研究工作取得的主要创新成果：1、草本植物香根草根系发达,根系直径一般为0.8-0.9mmm,80%的根系分布于距地表60cm深度以内。木本植物小叶女贞有明显主根,主根直径较大,竖直深入土壤深层,其侧根在地表中、上层生长繁密,且沿水平向延伸。2、直剪试验研究结果表明,当土样中的含根量以及含根比一定时,在相同的竖向应力下,含水量越高,根土复合体的抗剪强度越低。且随着含水率的增加,无根土体和含根土体的抗剪强度均呈不同程度的降低,但含根土体的抗剪强度降低的程度较小。3、当含水率一定,研究发现土壤粒径均匀程度和含根量对复合体的抗剪强度均有影响。相同含根量条件下,土壤粒径越均匀,根土复合体的抗剪强度越高；相同粒径条件下,植物根系含量越高,根土复合体的抗剪强度越高。4、对草本或者木本植物根系根土复合体的抗剪强度采用二乘法进行拟合,其一次和二次拟合曲线均接近线性关系,表明草本或木本植物单一根系根土复合体的抗剪强度符合库伦强度理论。同样对林草混交根系根土复合体的抗剪强度进行一次和二次拟合,其一次二次拟合曲线均也均呈线性关系。因此,可以认为,林草混交根系根土复合体的抗剪强度亦符合库伦强度理论。5、系列直剪试验表明,香根草和小叶女贞的根系均可明显提高根土复合体的抗剪强度。但二者对复合体抗剪强度指标的贡献是不同的,香根草系根的存在主要是提高了复合体的粘聚力,而小叶女贞系根的存在则主要提高了复合体的内摩擦角。6、通过对根土复合体的内摩擦角与小叶女贞含根比进行非线性拟合,发现内摩擦角随小叶女贞含根比的增大而呈幂函数形式增长,从而建立了根土复合体的内摩擦角与小叶女贞含根比的幂函数关系式,且幂函数的系数是与含水率和含根量相关的常数。7、通过对林草混交根土复合体进行三轴剪试验研究,得到了不同围压条件下林草混交根土复合体的应力-应变曲线。通过分析复合体的应力-应变曲线发现,在不同围压下,偏应力和轴向应变之间均较好地符合双曲线关系,且轴向应变-偏应力之比与轴向应变之间具有较好的线性关系,符合邓肯张模型特点。基于邓肯张模型,本文建立了邓肯张E-B模型形式的林草混交根系根土复合体的本构模型,并提出了新模型参数的具体确定方法。以上研究为探索林草混交根土复合体的力学特性,开发并应用高稳定性的林草护坡技术,具有重要的理论价值和广阔的工程应用前景。
【作者】田青青；
【导师】肖宏彬；
【作者基本信息】中南林业科技大学，土木工程，2014，硕士
【关键词】植物护坡；根土复合体；林草混交根系；抗剪强度；本构模型；

【参考文献】
[1]陈婷婷.高压永磁自起动同步电动机实心转子三维温度场的计算与分析[D].哈尔滨理工大学,电机与电器,2012,硕士.
[2]孙佳,李明吉,李红姬,黄保坤,杨保和.Ni/MgO催化剂下碳纳米管的生长特性[J].光电子.激光,2012,05:855-859.
[3]孙小敏.Strategies of Tourism Text Translation under Functional Theory[D].西安外国语大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[4]姚俨芮.基于风险导向审计理念的税务稽查研究[D].湖南大学,会计学,2010,硕士.
[5]王冲.中国高校资本结构多元化及其优化研究[D].西南交通大学,2004.
[6]尚文.中学生多元幸福感问卷编制[D].西南大学,基础心理学,2014,硕士.
[7]李帅.450t运梁车再制造及工程实践[D].燕山大学,机械工程,2014,硕士.
[8]石菲菲.高等职业院校人文素质教育研究[D].山东大学,高等教育学,2012,硕士.
[9]李珊,魏贵明,周光斌.2005中国通信产业十大关键词解析(二)[J].现代电信科技.2006(03)
[10]焦宏伟.黄连、大黄、牡丹皮三种植物对松材线虫的毒杀活性及作用机理研究[D].河北师范大学,微生物,2014,硕士.
[11]聂冬霞.用于硝基苯类化合物快速检出的新型分析方法研究和应用[D].华东师范大学,2011.
[12]周莹.餐饮类网络团购口碑对消费者团购意愿的影响研究[D].重庆工商大学,企业管理,2014,硕士.
[13]陈轩.碳氮纳米尖端的CVD制备及其表征[D].重庆大学,2012.
[14]冯尊前.论当前我国政府治理的创新[D].中共中央党校,科学社会主义,2004,硕士.
[15]孙秀霞,毛剑琴.基于凸优化和投影原理的降阶控制器设计方法研究[J].控制与决策,2000,04:458-460+484.
[16]梁露露.面向事件监测无线传感器网络可靠传输技术研究[D].北京交通大学,2012.
[17]张译元.县级重大事项社会稳定风险评估机制研究[D].云南大学,公共管理,2012,硕士.
[18]陈龙.辅助视觉中的图像处理关键技术研究[D].西安电子科技大学,测试计量技术及仪器,2013,博士.
[19]郑景明,桑卫国,马克平.种子的长距离风传播模型研究进展[J].植物生态学报,2004,03:414-425.
[20]单文超.水泥模板与混凝土复合剪力墙在反复荷载作用下的试验研究[D].北方工业大学,结构工程,2014,硕士.
[21]吴虎.云环境中基于访问控制模型的工作流任务调度策略研究[D].湖南大学,信息与通信工程,2012,硕士.
[22]王家军,刘栋良,王宝军.X-Z倒立摆的一种饱和非线性稳定控制方法的研究[J].自动化学报,2013,01:92-96.
[23]黎德蓓.折叠翼展开机构及其测试装置设计与研制[D].浙江理工大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[24]陈菲菲.论当代人文幻想小说的想象空间[D].河北师范大学,中国现当代文学,2012,硕士.
[25]田晓飞.Y型偏心支撑钢框架的弹塑性受力性能研究[D].西安科技大学,结构工程,2013,硕士.
[26]冯继华.野木瓜通络膏治疗膝骨性关节炎的临床研究[D].贵阳中医学院,中医骨伤科学,2012,硕士.
[27]吴圣勇.白僵菌、巴氏新小绥螨和西花蓟马间的互作关系研究[D].中国农业科学院,农业昆虫与害虫防治,2014,博士.
[28]王珍.机构投资者参与公司治理的效应分析[D].广东财经大学,会计学,2014,硕士.
[29]王旖旎.我国刑事诉讼中尊重和保障人权原则研究[D].北方工业大学,法律,2013,硕士.
[30]何伟娜.聚(ε-已内酯)-b-聚氧化乙烯结晶性胶束的形貌调控和控制生长[D].浙江大学,高分子化学与物理,2013,博士.
[31]郭新新.密集居民区城市隧道爆破施工对周边构筑物的振动响应规律及安全控制技术研究[D].西南交通大学,桥梁与隧道工程,2014,硕士.
[32]张立军.黑龙江省密山市地质灾害研究[D].吉林大学,地质工程,2014,硕士.
[33]周丹.招标环节中串标的法律问题研究[D].上海交通大学,法律,2013,硕士.
[34]陈秀梅,王华忠,马在田.多地质目标地表控制照明叠前深度偏移[J].石油地球物理勘探,2003,05:507-511+542-459+582.
[35]赵建珍,詹宏,马俊彦,林俊.Twist和E-cadherin在卵巢型子宫内膜异位症中的表达及其意义[J].浙江预防医学,2015,02:137-141.
[36]乔树霞.餐饮业食品安全法律问题研究[D].首都经济贸易大学,经济法,2013,硕士.
[37]刘会.后现代语境中的微电影初探[D].重庆大学,戏剧与影视学,2014,硕士.
[38]吴强.多氨复合铵盐的拉曼光谱特征及定量鉴别研究[D].江苏师范大学,光学,2013,硕士.
[39]沈傲东.医学影像三维重建方法研究[D].西安电子科技大学,信号与信息处理,2003,硕士.
[40]年永嘉.微气泡曝气生物膜反应器同步硝化反硝化研究[D].河北科技大学,环境科学与工程,2014,硕士.
[41]本报驻英国记者郑焕斌.石墨烯将承载产业变革希望[N].科技日报,2015-07-06002.
[42]陈昆亭,虞晓芬.2015年宏观经济走势分析[J].阅江学刊,2015,02:13-16.
[43]吴邵华.冷冻机房群控系统设计与实施[D].华东理工大学,控制工程,2014,硕士.
[44]张爱莲.基于创新能力培养的中职学前教育课程管理研究[D].鲁东大学,教育管理（专业学位）,2013,硕士.
[45]赵永威.腌制冬瓜微生态解析与品质分析[D].宁波大学,农产品加工与保藏（专业学位）,2013,硕士.
[46]张河梅.我国杂志情色图片出版对策研究[D].华中科技大学,出版,2013,硕士.
[47]端木云骢.云服务供应链产品定价策略研究[D].南京大学,物流工程（专业学位）,2013,硕士.
[48]刘迎旭.血管紧张素Ⅱ受体1A亚型细胞外第二环肽段在E.coli中的表达和纯化[D].山西医科大学,循环生理学,2003,硕士.
[49]邹亚楠.用于工业控制系统的安全交换机设计[D].浙江大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[50]黄勉.大底盘多塔商住楼的结构设计[J].住宅科技.2005(08)