[发明专利]一种植物根系加固边坡土体的剪切强度增量随深度变化的预测方法有效

专利信息
申请号: 201810602863.4 申请日: 2018-06-12
公开(公告)号: CN108896413B 公开(公告)日: 2020-11-10
发明(设计)人: 徐永福;张攀;徐宁;武孝天 申请(专利权)人: 上海交通大学
主分类号: G01N3/24 分类号: G01N3/24;G01N3/08
代理公司: 上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 31317 代理人: 张宁展
地址: 200240 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 植物 根系 加固 边坡土体 剪切 强度 增量 深度 变化 预测 方法
【说明书】:

发明提出一种植物根系加固边坡土体的剪切强度增量随深度变化的预测方法:(1)根据边坡支护需求,选取植被品种进行加固;(2)根据选取的植被类型,通过根系拉伸试验可以得到其抗拉强度参数;(3)建立植物根系直径随深度变化的模型;(4)测量地表无根系土体和根系土体的剪切强度,对比计算地表植物根系所引起的剪切强度增量;(5)联立地表根系土体剪切强度增量结果与根系直径随深度变化的模型求解剪切强度增量随深度变化的规律,即可求得任意深度处的根系土体剪切强度增量。由本方法构建的预测模型结合数理统计、室内试验等方法,适用于求解大多数木本及草本植物根系,具有计算简便、易于推广等优点。

技术领域

本发明涉及环境岩土工程生态边坡加固技术领域,特别涉及一种植物根系加固边坡土体的剪切强度增量随深度变化的预测方法。

背景技术

目前降雨等气候条件的变化导致滑坡的事故越来越多,生态固坡由于成本低、施工简便等优势得到了越来越广泛的应用。生态固坡的常用方法有:人工种草、土工网植草、喷混植生等,其目的均是使植被覆盖边坡表面,同时根系深入地表以下。利用植物根系的锚固作用、加筋作用、水分蒸腾作用等可以达到提高土体剪切强度的目的,从而可以对边坡进行有效加固。

而今鲜有系统能科学地给出植物根系土体剪切强度随深度变化的预测方法,对根系固土的力学效应及作用机理认识不够充分,从而导致生态边坡加固方案具有一定的盲目性,造成不必要的经济损失。哈尔滨工业大学于2012年提出的“强降雨条件下植物护坡加固方法”(CN102733400A)中,指出了在正交根和斜交根混合情况下,植物根系加筋作用而增加的土抗剪强度计算公式。然而,该方法未考虑植物根系随深度的分布规律,不能直观得到不同深度处的土体抗剪强度。

因此,本方法在考虑根系直径随深度变化的情况下,研究了根系-土体相互作用机理,提出了一套根系土体剪切强度增量分布规律的方法,为根系土体参数选取、生态边坡设计提供理论依据。

发明内容

本发明提出的植物根系加固边坡土体的剪切强度增量随深度变化的预测方法,为生态边坡工程加固设计施工提供理论参考。

为了达到上述目的,本发明提出的植物根系加固边坡土体的剪切强度增量随深度变化的预测方法,包括以下步骤:

第一步,根据边坡支护需要,考虑坡高、坡度、土层条件等,合理选取植被品种进行边坡加固,草本植物根系多为柔性根,直径较小,适于浅层边坡,具体是当边坡坡度大于60°,坡高大于10m,地层为软粘土或膨胀土时,选取木本植物进行边坡加固;当坡度小于60°,坡高小于10m时,选取草本植物根系进行边坡加固;;

第二步,根据选取的植物根系类型,在万能试验机上对植物根系进行拉伸试验,得到其抗拉强度参数。首先采用游标卡尺测量单根的直径d,并计算得到横截面积A,然后利用万能试验机进行拉伸试验,需注意根与试验机之间的连接,在试验进行到根系刚好断裂时,可以读取拉力的大小F,从而可以计算得到单根的抗拉强度Tr

进一步的,通过不同类型植物根系的大量拉伸试验,统计得到了不同直径下根系拉伸强度的变化规律,二者均呈现负幂函数关系:

Tr=m·D-n

式中:Tr是植物根系的抗拉强度,D是根系的直径,m和n是抗拉强度曲线拟合参数。通过大量统计数据,得到了不同类型植物所对应的m和n值,如附表1所示,因此只需要知道生态护坡的植被类型,查阅表1即可得到抗拉强度与直径所对应的表达式,并可以直接读取m和n值。

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