草本根系固土的力学机制及对土质边坡浅表层稳定性影响的研究

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1、国内图书分类号：U457+.5密级：公开国际图书分类号：624.19西南交通大学研究生学位论文草本根系固土的力学机制及对土质边坡浅表层稳定性影响的研究年级二零一五级姓名任柯申请学位级别工学硕士专业岩土工程指导教师徐华二零一八年五月ClassifiedIndex:U457+.5U.D.C:624.19SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONTHEMECHANICALMECHANISMOFGRASS-ROOTSOILCONSOLIDATIONANDITS

2、INFLUENCEONTHESTABILITYOFSOILSLOPESURFACEGrade:CivilEngineering2015Candidate:RenKeAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeThesisMajor:GeotechnicalEngineeringSupervisor:AssociatePro.XuHuaMay.10,2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论

3、文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期：西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：（1）对研究草本根系固土机制所需的理论进行了归纳，主要包括植物根系生长的构形原理和草本植物根系固土的加筋理论，为草本

4、根系形态模拟及根土相互作用机制的研究奠定了基础。（2）通过种植试验抽象出了黑麦草根系形态及生长规律的规则描述。依据植物生理形态学理论及植物根系微观上的自相似性和自适应性，基于拓扑优化原理及L-系统理论构建了黑麦草根系形态及生长模型。（3）通过拉拔试验测定了黑麦草根系不同生长时期的抗拉强度，发现随着根系的生长，根抗拉强度会增大，但增大速率越来越慢，而后稳定于12.5MPa左右；通过直剪试验测定了不同生长时期素土及根土复合体强度指标的变化规律，发现复合体强度增长规律同根系生长函数规律近似一致。（4）利用黑麦草根系形态

5、模拟结果、以及室内试验所得素土与根系力学参数，运用数值模拟软件建立含根土的直剪模型，按不同时期根系分布形态模型分别进行直剪模拟，将模拟计算所得力学参数与同时期取样试验所得力学参数进行对比，发现二者差异较小，验证了根系模拟结果的可靠性。（5）运用数值模拟软件建立浅层边坡以及加根系边坡模型，按不同根系种植密度、不同时期根系形态、不同坡角条件研究根与土在自重条件下对生态边坡表层土体位移及稳定性的影响，评价了各种条件下的加固效果，并建立了根系种植密度、根系生长时间、以及边坡坡角与边坡稳定性系数关系的估算式。本人郑重声明：

6、所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要近几十年来，植物护坡技术已经获得大量的工程应用，但是在根系护坡机制研究方面还需更加深入的研究。尤其大部分学者在做根系护坡方面的数值模拟时，只是简单地将根系当作锚杆，并没有对根系复杂地生长过程和

7、形态作出正确的反映。论文以草本植物根系生长为研究对象，依据植物生理形态学理论及植物根系微观上的自相似性和自适应性，基于拓扑优化原理及L-系统理论构建根系生长的模拟模型，表达草本根系构型的拓扑结构。结合黑麦草种植试验及对根系生长参数的量测，抽象出黑麦草根系形态及生长规律的规则描述。在此基础上，进行根系加固浅层边坡的相关数值模拟，探讨根土相互作用机理，评价不同条件加固效果，并提出根系与土相互作用对边坡浅表层土体稳定性影响的估算方法，主要成果和结论如下：（1）在广泛收集国内外有关资料，总结前人研究成果的基础上，对研究草

8、本根系固土机制所需的理论进行了归纳，主要包括植物根系生长发育的构形原理和草本植物根系固土的加筋理论，为草本根系形态模拟及根土相互作用机制的研究奠定了基础。（2）以常用的草本护坡植物黑麦草根系生长为研究对象，通过种植试验抽象出了黑麦草根系形态及生长规律的规则描述。依据植物生理形态学理论及植物根系微观上的自相似性和自适应性，基于拓扑优化原理及L-系统理论构建了黑麦草根系形态及