[发明专利]三维土工网垫生态护坡坡面最优植株密度的确定方法

摘要

本发明三维土工网垫生态护坡坡面最优植株密度的确定方法，涉及边坡或斜坡的稳定，该方法首先结合降雨量、径流系数、坡面典型土壤颗粒直径、坡面糙率、坡角、植物分蘖系数、叶片形状、土壤的实际干容重、密实后的稳定干容重、薄膜水参数和综合粘结力参数对径流深度、边坡土质颗粒最小起动速度和坡面平均径流速度进行计算，然后根据坡面平均径流速度与边坡土质颗粒最小起动速度的关系得出生态植草坡面植株总横排数，最后依据植株总横排数来确定三维土工网垫生态护坡坡面最优植株密度，克服了现有技术存在的在三维土工网垫生态护坡的施工过程中不能准确计算坡面最优植株密度的缺陷，防止出现购置草籽的大量富余，大幅节约了工程成本。

主权项

1.三维土工网垫生态护坡坡面最优植株密度的确定方法，其特征在于具体步骤如下：第一步，坡体饱和后的径流深度的确定：根据降雨量和径流系数确定坡体饱和后的径流深度h，确定坡体饱和后的径流深度h的公式(1)如下，h＝ΨP                  (1)，公式(1)中，h为坡体饱和后的径流深度，在计算时单位为mm；Ψ为径流系数；P为降雨量，单位为mm，P取生态护坡施工地区，近5年内最大日降雨量；第二步，边坡土质颗粒最小起动速度的确定：根据上述第一步中的坡体饱和后的径流深度h，以及边坡与土壤物理性质确定边坡土质颗粒最小起动速度v_起，确定边坡土质颗粒最小起动速度v_起的公式(2)如下，公式(2)中，v_起为边坡土质颗粒最小起动速度，单位为cm/s；D_m是坡面典型土壤颗粒直径，单位为cm；γ_s为土体的天然容重，单位为N/m³；γ是水容重，单位为N/m³；γ'_s为坡面土壤的实际干容重，单位为N/m³；γ'_s*为坡面土壤的密实后的稳定干容重，单位为N/m³；ε₀为综合粘结力参数，对于一般砂土取1.75cm³/s²；δ为薄膜水参数，取2.31×10^‑5cm；D*为参考粒径，取D*＝10mm；D_c为临界粒径，单位为mm；k_s为坡面粗糙高度；g为重力加速度，单位为m/s²，公式(2)计算时取g＝980cm/s²；D_c和k_s的取值与D_m的关系如下：当D_m≤0.5mm时，D_c＝0.5mm、k_s＝1.0mm；当0.5mm<D_m<10mm时，D_c＝D_m、k_s＝2 D_m；当D_m≥10mm时，D_c＝10mm、k_s＝2(D*D_m)^1/2；公式(2)中坡体饱和后的径流深度h在计算时单位为cm；第三步，植草坡面各微小区段水头损失的确定：首先，设定生态植草坡面植株行距相等，则l_m为第m个微小区段坡面长度，l_m与坡面长度L的关系如下公式(3)：公式(3)中，l_m为第m个微小区段坡面长度，l₁＝l₂＝l₃……＝l_m，单位为m；第m个微小区段自上而下标记为m＝1、2、3……；L为坡面长度，单位为m；N为生态植草坡面植株总横排数；其次，用如下公式(4)确定植草坡面各微小区段水头损失h_w，公式(4)中，n为坡面糙率；μ为植株叶片形状系数；κ为植物分蘖系数；s为植株的茎或叶的宽度，单位为m；b为横排植株的茎或叶的净距，单位为m；θ为植物茎部或叶部倾角，单位为°；此公式中取g＝9.8m/s²；v_i为坡面径流经过第i横排植株时的平均径流速度，单位为m/s；v_i的大小由下述的第四步中的公式(6)来确定；h_w为植草坡面各微小区段水头损失，单位为m；公式(4)中坡体饱和后的径流深度h在计算时单位为m；第四步，坡面径流经过第i横排植株时的平均径流速度的确定：径流在各微小区段的下降高度z_m与第m个微小区段坡面长度l_m的关系为如下公式(5)：公式(5)中，z_m为径流在微小区段的下降高度，z₁＝z₂＝z₃……＝z_m，单位为m；β为坡角，单位为°；坡面径流经过第i横排植株时的平均径流速度v_i的递推公式为如下公式(6)，公式(6)中，v_i为坡面径流经过第i横排植株时的平均径流速度；v_i‑1为坡面径流经过第i‑1横排植株时的平均径流速度；α为动能修正系数；此公式中取g＝9.8m/s²；h_w为上述第三步得到的植草坡面各微小区段水头损失，单位为m；第五步，生态植草坡面植株总横排数的确定：根据上述第二步中确定的边坡土质颗粒最小起动速度v_起和上述第四步中确定的坡面径流经过第i横排植株时的平均径流速度v_i，设定坡面植株自上而下排列，坡面径流经过第i横排植株时的平均径流速度v_i自上而下逐渐增大，在坡面长度L为确定值和设定坡面植株行距相等的情况下，令坡面径流经过第m个微小区段为最后一个微小区段的横排植株即最后一横排植株时的平均径流速度v_i等于边坡土质颗粒最小起动速度v_起，由此得出生态植草坡面植株总横排数N；第六步，坡面最优植株密度的确定：根据上述第五步中得到的生态植草坡面植株总横排数N、第三步中的坡面长度L和横排植株的茎或叶的净距b，由以下坡面最优植株密度公式(7)确定坡面最优植株密度ρ_g，公式(7)中，t为植物茎直径，单位为m，ρ_g为坡面最优植株密度，单位为株/m²；坡面最优植株密度ρ_g即为所需确定的三维土工网垫生态护坡坡面最优植株密度，由此完成三维土工网垫生态护坡坡面最优植株密度的确定。