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原文传递草灌生态护坡力学性能研究

论文题名：	草灌生态护坡力学性能研究
关键词：	草灌植被;边坡防护工程;生态稳定性;抗旱保水能力;根系生物量;力学性能
摘要：	草灌植被在边坡防护工程中具有广阔的应用前景，但由于在草灌根系与土相互作用机理研究方面的欠缺，导致工程实践具有一定的盲目性。本文采用模型试验、室内试验、理论分析和数值模拟等方法，从草灌植被的生态稳定性、植被根系形态及抗拉特性、根土复合体强度特性和生态护坡的边坡稳定性等方面系统研究草灌生态护坡机制，主要的研究成果有：　　（1）通过草灌植被模型试验，探讨坡度、播种量和草灌比对植被的地上生物量及覆盖度的影响规律，研究植被护坡的生态稳定性。试验表明，草灌混播样地保持水土、抗旱保水能力高于纯灌木；从生态护坡的长期稳定性的角度来看，最优的草灌比为1:5、最佳的播种量为20g/m2。　　（2）开展狗牙根与多花木兰根系形态分析，结果表明狗牙根为以须根为主的放射型根系，其根系生物量集中在土层下0～20cm范围内；多花木兰根系属复合根型，其根系生物量等生物指标与根茎直径呈线性正相关，建立了根系直径与根茎直径及深度的关系式。　　（3）对植物根系进行抗拉试验，研究根系的应力应变关系、抗拉强度及弹性模量特征。研究表明，根系抗拉力随直径的增加均呈幂函数增加，抗拉强度随直径的增加呈幂函数减少。狗牙根根系的弹性模量在26.55～87.91MPa之间，多花木兰根系在0.25～2.33GPa之间。建立了不同坡度下多花木兰根系抗拉强度、弹性模量的分布模型。　　（4）进行草灌根系土复合体直剪试验，研究龄期和草灌比对复合体抗剪强度的影响规律。研究表明：根土复合土的抗剪强度高于无根原状土，草灌混合的加筋效果优于单独的草本或灌木根系加筋。植物根系增加了土体的粘聚力和内摩擦角。90天时根土复合体粘聚力约为无根原状土的3倍。　　（5）在考虑植被的重力、间距，植被根系的形态分布与强度特征的条件下，推导出滑动面平行于坡面的边坡稳定系数的计算公式。结合ANSYS有限元数值模拟，研究边坡浅层稳定性的影响因素。研究表明：植被的存在减小了坡顶的张拉区和坡脚的剪应力集中带，对边坡浅层稳定性有利，但对深层稳定性影响不大。与无植被边坡相比，深度h=0.1m时植被边坡稳定系数提高60％（自然状态）～260%（饱和状态）；深度h=0.7m时，植被边坡的稳定系数提高约25%（自然状态）～78%（饱和状态）；而深度超过根系的长度稳定性略有降低。坡度越大，根系承受的拉应力越大，有植被边坡稳定系数提高的幅度较无植被边坡有所增加。灌木间距为20cm×20cm时有利于边坡的主应力与剪应力的均匀分布，而间距对边坡稳定系数的影响不大。　　本文的研究成果对于生态护坡的设计和施工具有重要的指导意义，为环境保护和可持续性发展提供理论支撑与试验依据。
作者：	万娟
专业：	岩土工程
导师：	樊建平;金文成
授予学位：	博士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文