航道植被护坡土工试验及岸坡稳定性数值分析

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1、航道植被护坡土工试验及岸坡稳定性数值分析StudyofSlopeVegetationbySoilTestandNumericalAnalysisofChannelBankSlopeStability学科专业：水利工程研究生：张智凯指导教师：王元战教授天津大学建筑工程学院二零一二年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本

2、研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要在国家大力发展内河航运事业的当下，将有大量内河航道岸坡整治工程投入建设，在保证航

3、道“畅通”、“安全”的同时，维护好航道沿途的生态环境，成为建设“绿色”航道的关键所在。植被护坡作为一项兼顾岸坡加固及环境保护的工程技术，近几十年间广泛用于岸坡的整治工程中。现阶段植被根系对于土体强度的提高作用尚未完全明确，未能对于护坡后土体强度的变化进行有效评估，制约了植被护坡技术的发展。航道岸坡受水位周期性变化的影响，非饱和非稳定渗流时有发生，现阶段综合考虑各因素影响的非饱和非稳定渗流工况下岸坡稳定分析工作开展较少，未能对涉水岸坡稳定评估进行全面指导。基于上述研究背景，本文紧密结合广西那吉库区岸坡整治工程，采用试验测试与数值分析

4、的方法，进行了以下几方面的工作：（1）利用南京土壤仪器厂生产的SLB-1型三轴仪，以原状根系加筋土及重塑素土为试验土样，进行了三轴剪切试验，获得了各试验方案下原状根系土试样的应力-应变曲线，详细分析了不同根系形态分布、含根量对于原状根系加筋土强度的影响。原状根系的存在可有效提高土体的粘聚力值。（2）以重塑根系加筋土为试验土样，进行了三轴剪切试验，依据试验结果量化分析了原状根系与重塑根系加筋效果的差异，并总结了重塑根系加筋土强度的变化规律：重塑根系加筋土粘聚力值随含根量增加而提高，当含根量超过试样“最佳含根量”后，粘聚力值下降。（3

5、）以重塑根系加筋土及重塑素土为试验土样，进行了三轴渗流剪切试验，依据试验结果，分析了不同围压、不同渗流压力组合下重塑根系加筋土、重塑素土的强度及渗透特性的变化规律：两种试样强度随渗流压力的增大而降低，根系土强度降幅基本低于素土，围压增大可减缓渗流作用对强度的“弱化”效果；低围压时（20kPa）根系土渗透系数大于素土，高围压时（27kPa、35kPa）素土渗透系数大于根系土。（4）以饱和原状粘土为试验土样，运用轴平移技术，开展了非饱和土基质吸力特性试验，获得了依托工程当地土体的土-水特征曲线（基质吸力与含水量对应关系曲线）方程。（5

6、）对大型有限元软件ABAQUS进行了二次开发，通过编写用户子程序DISP（自定义边界条件子程序）及DLOAD（自定义荷载子程序）实现了岸坡迎水面水位下降过程的有效模拟。基于该数值模型，进行了不同水位下降落差、不同下降速率、不同渗透系数及不同基质吸力模式等工况下的岸坡稳定计算。关键词：根系加筋土、抗剪强度、三轴试验、基质吸力、渗流、岸坡稳定ABSTRACTAlargenumberofbanksloperegulationprojectsofinlandwaterwaywillbeperformedinrecentyearswitht

7、hegovernment’spolicyoninternalrivertransportation.Duringtheconstructionofgreenchannel,it’scrucialtofigureouthowtokeeptheshippinglanesopenandsafewithoutdamagetotheecologicalenvironmentalongthechannel.Theslopevegetation,whichiseffectiveinbankslopestabilizationandenviron

8、mentpreservation,hasbeenwidelyusedinregulationprojectsofbankslopeinthelastdecades.Becausefewareknownaboutvegetationroots-rei