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1、植物根系对土质边坡浅层稳定性影响分析第42卷第7期2011年4月人民长江YangtzeRiverVo1.42.No.7Apr.,2011文章编号:1001—4179(2011)07—0082—04植物根系对土质边坡浅层稳定性影响分析周正军,许文年,夏振尧,蔡显杨(1.三峡大学土木与建筑学院,湖北宜昌443002;2.三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室,湖北宜昌443002)摘要:植被护坡工程中,先锋植物发达的根系能对边坡土体产生一定程度加筋作用而提高边坡的浅层稳定.用理正岩土软件和Ansysl0.0数值计算软件,计算分析了一简单土坡潜在薄
2、弱面的位置和状态.再以根系加筋理论为基础考虑边坡坡顶加筋,坡脚加筋和全坡面加筋3种工况,分析了根系加筋对边坡土体稳定性提高的幅度以及根系加筋对边坡体影响范围,以此来评价护坡植被根系提高土质边坡浅层稳定的效应,并为先锋物种的选取和搭配提供相应理论依据.关键词:植被护坡;先锋植物;根系加筋;边坡稳定性中图法分类号:TU457文献标志码:A通过在坡面上建植人工基材,引入先锋物种能够对边坡植被恢复起到很好的过渡作用….先锋物种宜选用抗逆性强的草本植物或矮灌木¨,它们能快速覆盖边坡表面以防止雨水侵蚀,并且,植物根系分布在土体中能改善土体的物理力学性能,加
3、固边坡表层土体,提高边坡浅层稳定性,并为乡土物种的栽植创造条件J.本文着重以植物根系加筋作用为基础,探讨护坡先锋植物根系对土质边坡浅层稳定性的影响.1根系加筋作用提高土体强度机理根据植物根系形态的不同,分为侧根,垂直根和须根.护坡先锋植物主要采用草本植物和小灌木,多为浅层分布细根系植物.从根系加固的土力学模型来看,在植被护坡工程中,植物浅细根系与土体可看作共同受力,协调变形的根一土加筋复合体.大量试验和研究表明,根系的存在增加了土体的剪切强度,根系与土壤的相互作用对于提高坡面土体的抗剪能力具有重要的意义.目前,主要有两种观点揭示这种复合体的力学
4、特性变化机理,分别是准黏聚力原理,摩擦加筋原理.植物根系加筋固土作用主要体现在根系能提高根一土复合体的黏聚力和内摩擦角,黏聚力提高尤为显着.黏聚力的提高增强了加筋土层的强度,提高了岩土质边坡的浅层稳定性.图1为与剪切面呈任意角度的根系受力图示¨,式1为根系增大土壤抗剪切强度的力学模型.一圈1单根加筋力学模型△Jr=(∑Ticos+∑Tisin~btantp)A/A(1)一rctan[】(2)式中,△r为根系增强土体强度平均值;T为单根抗拉强度;为根系变形后与水平向夹角;为岩土体内摩擦角;A/A为根系面积比;z为根系延伸方向与剪切面收稿日期:20
5、10一l0一l5基金项目:国家自然科学基金项目(50879043);国家水体污染控制与治理科技重大专项课题(2008ZX07104—003-03)作者简介:周正军,男,硕士研究生,主要从事边坡生态防护方面研究.E—mail:zhouzhengjun66@126.corn第7期周正军,等:植物根系对土质边坡浅层稳定性影响分析83初始夹角;x/H为剪切变形比.由式1可知,若不考虑根系之间的强度和尺寸差异,根土相互作用可以看成纤维加筋土的模式.表1列出了几种常见护坡先锋植物生长1a后根系在土层中的有效深度.表1几种常见护坡植物根系有效深度?"cm种类
6、根系有效深度种类根系有效深度野牛草30柠条锦鸡儿68紫羊毛4O霸王72四翅滨藜110香根草200早熟禾302浅层根系加固土体数值模拟以植物根系加筋固土机理为基础,兼顾植物根系在土体中的实际分布和作用范围,用有限元数值软件来模拟和评价植物根系加筋作用对于提高边坡浅层稳定性的尺度效应.2.1原始边坡稳定性分析现有1:1的边坡,坡高5m,y=20kN/m,E=100MPa,u=0.33,黏聚力C=10kN/m,内摩擦角=18..用极限平衡法和有限单元法计算原始边坡的稳定系数,找出边坡原始薄弱面.极限平衡法分析中普遍采用莫尔一库仑破坏准则,而Ansys
7、l0.0软件在模拟求解中为了保证计算的收敛性采用D—P破坏准则.考虑两种计算结果的可比性,在利用Ansysl0.0软件进行计算时将D—P准则参数转化成等价莫尔一库仑破坏准则,并采用强度折减理论试算得出最终稳定系数.采用外接圆屈服准则计算的安全系数要比莫尔一库仑等面积圆屈服准则计算的结果大倍",如表2所示.对原始边坡利用两种方法进行计算,得到边坡稳定系数如下表3中所示.表2不同内摩擦角时的7/值/(.)'7/(.)/(.)01.10O401.367701.521101.165501.4288O1.546201.233601.52l901.5553
8、O1.30l表3原始边坡稳定系数具体方法边坡安全系数具体方法边坡安全系数瑞典条分法1.171Janbu法1.207简化Bishop法1.206有限元强
