多因素作用下植被對(duì)岸坡穩(wěn)定影響的試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究.pdf

1、內(nèi)河航道土質(zhì)岸坡常年受滲流、船行波和降雨的作用，其穩(wěn)定性受到威脅。為了防止岸坡失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生，維護(hù)通航安全，必須對(duì)危險(xiǎn)岸坡采取治理措施，以提高其穩(wěn)定性。而植被護(hù)坡作為一項(xiàng)兼顧岸坡加固及環(huán)境保護(hù)的工程技術(shù)，在近幾十年間被廣泛應(yīng)用于岸坡整治工程。
　　對(duì)于多因素作用下植被對(duì)岸坡穩(wěn)定影響的研究，目前的研究成果尚未涉及根系對(duì)岸坡淺層穩(wěn)定影響的判別以及船行波作用下草根加筋土動(dòng)力特性研究。此外，滲透對(duì)土體結(jié)構(gòu)性破壞的影響、船行波作用下岸坡的強(qiáng)

2、度折減以及植被覆蓋對(duì)降雨工況下岸坡穩(wěn)定影響的相關(guān)分析也是不完善的。本文采用土工試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的手法，對(duì)植被護(hù)坡前后航道土質(zhì)岸坡在滲流、船行波和降雨作用下的穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究。內(nèi)容如下:
　　(1)開展原狀素土和重塑素土的三軸滲透剪切試驗(yàn)，研究滲透破壞對(duì)土體有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)的影響，得出滲流作用后土體內(nèi)摩擦角不變，粘聚力降低。在此基礎(chǔ)上，本文通過莫爾-庫侖準(zhǔn)則將此破壞作用以“等效圍壓降低”的形式量化表述。此外，還推導(dǎo)出以指數(shù)函數(shù)

3、的形式來表征滲透工況下的有效應(yīng)力強(qiáng)度隨水力坡降變化的公式。
　　(2)開展重塑草根加筋土的三軸滲透剪切試驗(yàn)，研究根系的存在對(duì)土體滲透性和強(qiáng)度的影響，并推導(dǎo)出考慮滲流對(duì)草根加筋土強(qiáng)度破壞影響范圍的計(jì)算公式。
　　(3)開展重塑素土和重塑草根加筋土的動(dòng)三軸試驗(yàn)，研究其孔壓和殘余應(yīng)變隨循環(huán)次數(shù)增長的變化規(guī)律。通過對(duì)比得出根系在抵抗動(dòng)力破壞的過程中發(fā)揮的作用是降低循環(huán)荷載作用過程中孔壓的增長和殘余應(yīng)變的累積。此外，推導(dǎo)出循環(huán)后草根加

4、筋土的抗剪強(qiáng)度折減率隨動(dòng)應(yīng)力比變化的公式。
　　(4)在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立了考慮滲透破壞對(duì)土體有效應(yīng)力強(qiáng)度影響的修正Duncan-Chang本構(gòu)模型，并以危險(xiǎn)滑動(dòng)區(qū)能量積分變化來作為岸坡整體失穩(wěn)判別準(zhǔn)則。此外，針對(duì)草本植被根系作用深度較淺而對(duì)岸坡整體穩(wěn)定性基本無影響的特點(diǎn)，提出以岸坡表層植被根系作用區(qū)的變形能量總和作為判斷根系作用的指標(biāo)。該研究對(duì)全面分析岸坡在滲流作用下的整體及局部穩(wěn)定性提供了理論依據(jù)。
　　(5)結(jié)合試驗(yàn)得出

5、的素土與草根加筋土的抗剪強(qiáng)度折減率隨動(dòng)應(yīng)力比的變化公式，通過對(duì)軟件二次開發(fā)，建立了岸坡不同區(qū)域內(nèi)土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的弱化模型。此外，提出以岸坡表面最大位移突變作為船行波作用下的岸坡失穩(wěn)判別準(zhǔn)則，從而計(jì)算出岸坡在不同船行波荷載作用下所產(chǎn)生的不同的失穩(wěn)模式。從而對(duì)分析船行波作用下草本植被保護(hù)岸坡在抵抗動(dòng)力荷載破壞方面的研究提供了理論依據(jù)。
　　(6)建立了全面考慮坡面流沖刷強(qiáng)度與植被覆蓋影響的降雨工況下植被對(duì)岸坡穩(wěn)定影響的數(shù)值分析模型，

6、提出以岸坡發(fā)生圓弧滑動(dòng)失穩(wěn)之前表層塑性區(qū)的發(fā)展來表征降雨對(duì)岸坡穩(wěn)定的影響。
　　(7)利用本文提出的多因素作用下植被對(duì)岸坡穩(wěn)定影響的分析方法，進(jìn)一步分別對(duì)不同滲流、船行波和降雨工況作用下的內(nèi)河航道土質(zhì)岸坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，得出:根系在抵抗?jié)B流對(duì)岸坡表層變形擾動(dòng)方面起到了作用;船行波作用后岸坡會(huì)在水位線附近和坡腳產(chǎn)生大變形，所以需要著重對(duì)這兩個(gè)區(qū)域加強(qiáng)生態(tài)和工程保護(hù)措施;隨植被覆蓋率的降低和降雨時(shí)間的延長，表層破壞的范圍加大，所以需要