人工冻结水泥改良软黏土冻融及强度特性研究

为探究人工冻结水泥改良软黏土冻胀融沉特性及冻融前后强度变化规律,通过室内冻胀融沉试验和单轴抗压强度试验,揭示不同冻融状态、不同影响因素等条件下水泥改良软黏土冻胀融沉及强度特性。研究结果表明,软黏土冻胀率和融沉系数随冻结冷端温度降低而减小,且融沉系数大于冻胀率;掺入水泥后融沉系数均小于冻胀率,且随水泥掺量增加而降低,当水泥掺量超过5%时,融沉系数小于2%。水泥土起始冻结温度随水泥掺量增加而降低,当水泥掺量为9%时,起始冻结温度最低达到-1.53℃;冻融过程沿试样不同高度温度场变化分为积极冻结、维护冻结和融化三个阶段;冻融后水泥改良软黏土强度降低,25组试样平均降低56%,冻融后强度折减最大达76%。研究指出,改良土强度分别随水泥掺量增加而增大,随含水率增大而减小,随龄期增长而增大。

夹竹桃根系分枝角度对边坡稳定性影响

植物根系与土的相互关系非常复杂，将根土复合体当作由土体、根系所联系起来的有机体，提出基于根系形态特征的同土机理数值分析方法，研究在雨水侵蚀力和坡面径流侵蚀力作用下，不同的根系形态对土体的应力场和位移场的影响。选择常见护坡植物夹竹桃（Neniumindicum）作为研究对象，根据植物天然生长形态特征，建立植物根系数值模型，研究主侧根夹角度数不同的根系模型对边坡表层土体稳定性的影响。研究结果表明：运用有限元法能够模拟土体与根系的共同作用，可形象直观地体现植物根系对于边坡表层应力场和位移场的影响，根系的存在能够在土体中形成刚度较大的网状结构，网状结构能够有效的通过应力扩散作用将外力传递到周围土体，使边坡的应力向土层周围传递，从而增加了根系分布层整体的抵抗作用，能有效提高边坡表层土体整体稳定性，有效减小边坡表层土体位移量，边坡表层土体位移量随着根系长度的增加逐渐减小，根系主侧根夹角不同对边坡表层位移影响不同。主侧根夹角45°～60°，对减小边坡表层位移变化量最为有效。选择合适根系分布形态的护坡植物对稳定边坡表层土体具有不同的效果。植物根系对于边坡土体的稳定性仅限于边坡浅层土体，植物根系固土的作用主要是增加浅层土体的黏聚力，限制浅层土体的侧向位移，在土体表层形成加筋网络作用，提高边坡土体表层的稳定性。

夹竹桃根系形态参数及其对边坡稳定的影响

基于野外调查和根系图像系统分析,研究根系形态对于边坡表层固土的影响。通过对夹竹桃根系的根长、根表面积、根体积、根干质量、根长密度、根系消弱系数和单位体积土中含根量7个形态学指标数据的测定和分析,结果表明:夹竹桃(Nerium indicum)属于浅根性的直根系树种,根系集中分布在0～30 cm的浅层土壤,根表面积分布特征类似于根长度的分布特征,根系细根含量丰富,根系形态学指标随土层深度加大呈现减小趋势,夹竹桃根系形态适合稳固边坡表层土体,能有效提高边坡表层抗冲刷和抗侵蚀能力。

基于根系形态的根系固坡作用数值分析

将土体、根系作为一个复合的整体,选择典型护坡植物夹竹桃为对象,利用非线性有限元计算方法研究在雨水侵蚀力和坡面径流侵蚀力作用下,不同分布密度和不同侧根数量的根系对边坡表层土体稳定性的影响。结果表明,在降雨条件下,植物根系的存在能有效提高边坡表层土体整体刚度,随着根系的侧根数量和植株分布密度的增大,边坡表层位移量逐渐减小,雨水对边坡表层土体的侵蚀也逐渐减小,从而使边坡表层土体稳定性提高。

不同根系布置模式对降雨条件下边坡稳定性的影响

由于目前植被护坡时根系布置模式主要依靠工程经验,降雨条件下不同根系布置模式对边坡稳定性的影响尚缺乏系统研究。采用PLAXIS 3D有限元软件研究了不同根系布置模式对降雨条件下边坡稳定性的影响,重点研究了降雨后边坡最大位移、失稳滑动面、失稳时塑性点分布以及最小安全系数的区别。模拟结果表明,根系护坡可以显著减小降雨引起的边坡位移,但不同根系布置模式对边坡位移的控制效果由大到小依次为混合根系、相交根系、竖直根系、水平根系、倾斜根系,其中混合及相交根系布置模式时位移减小率分别达到了90.7%和90.6%。对边坡进行整体安全性分析发现,不同根系布置模式下边坡失稳滑动面范围接近,均位于上坡顶5 m(二分之一坡高)到坡脚处。此外,根系护坡加固了边坡表面土体的抗剪强度,减少了表层土体的塑形点分布,但不同根系布置模式对边坡塑形点分布却无影响。同时,是否采用根系护坡或采用不同根系布置模式对边坡最小安全系数无显著影响。

不同降雨强度下植被护坡对边坡位移的影响

为研究不同降雨强度下植物根系对边坡土体位移的控制效果,采用PLAXIS 3D有限元软件对3种降雨强度下植物根系固土边坡进行数值模拟计算,结果表明:边坡未采用植物根系护坡时,降雨会导致边坡表层土体发生较大位移,土体位移增大范围包含整个坡面。边坡采用植物根系护坡时,能有效减少边坡表层土体位移,边坡土体位移增大范围比无根系防护边坡明显减小,主要分布在边坡坡面中上部。降雨强度为5,10和20 mm/h时,植物根系固土边坡土体最大位移相比无根系防护边坡减小幅度分别为89.8%,80.3%和71.8%,可见降雨条件下植物根系能够有效控制边坡土体位移,但随着降雨强度增大,植物根系对边坡表层土体位移的控制效果会有所减弱。对边坡进行稳定性分析可知,植物根系的存在能有效提高边坡浅层范围内土体的抗剪强度,从而使边坡表层土体塑性点数量减少;还能显著减小发生滑坡时的偏应变增量,并且缩小潜在滑动面的发生区域,提升边坡的稳定性。为了保证强降雨条件下边坡稳定性,提出了植物根系结合锚杆支护的综合护坡方式,该支护方式能够有效降低强降雨条件下边坡土体的位移,增强边坡稳定性。

不同生长时间根系对边坡稳定性的影响

【目的】植物的不同生长时间会对根系数量,根茎粗细产生影响,进而影响加筋土的力学性能以及边坡稳定性,研究降雨条件下不同生长时间根系对边坡稳定性的影响可以更好地指导根系护坡工程设计。【方法】采用PLAXIS 3D有限元软件对6种不同生长时间的根系护坡进行模拟。【结果】不同生长时间的根系长度均无法穿过边坡滑移面,随着根系生长时间的增加,边坡最小安全系数增大幅度较小,即根系生长时间增加无法显著提高边坡整体稳定性,但降雨条件下的边坡土体最大总位移、最大水平位移及最大竖向位移均不断减小,其中根系限制水平方向位移比竖直方向位移更加有效。护坡植物根系生长前9个月,对增强边坡土体降雨条件下位移的控制效果更加显著,此后根系生长时间的增加对边坡土体位移控制效果的增加幅度减小。针对边坡位移要求较高的护坡工程,提出根系结合抗滑桩的联合护坡方式。根系结合单道抗滑桩可大幅度降低降雨条件下的边坡土体位移。当采用联合护坡时,降雨后边坡最大位移为1.47 mm,相比仅根系护坡时的5.03 mm减小了70.78%,相比仅抗滑桩护坡时的1.54 mm减小了4.55%。同时,边坡最小安全系数由根系护坡时的1.174增加到1.399,边坡安全性得到显著提高。此外,边坡坡面失稳滑动面由坡脚位置上升至抗滑桩顶部,有效增强边坡稳定性。【结论】研究成果确定了根系不同生长阶段对边坡稳定性的影响,可为根系护坡工程的相关设计和研究提供参考,为根系护坡的稳定性评价提供依据。

根土复合体三轴剪切试验研究

利用三轴试验仪对夹竹桃根土复合体进行固结不排水试验。对根土复合体的应力-应变关系及抗剪强度指标进行研究,分析了根土复合体的破坏荷载及根土复合体在剪切过程中的阻抗机理。试验结果表明:1根土复合体强度和抵抗变形的能力较素土有显著的增强;2根土复合体的黏聚力和内摩擦角都有所提高,其中黏聚力增长十分明显;3根系布置方式对根土复合体强度增长有影响,复合体强度增长顺序为混合放置>相交放置>竖直放置>水平放置>倾斜放置。研究结果对于深入研究植被护坡机理和指导植被护坡工程设计具有十分重要现实意义。

应用分形维数研究狗牙根根系边坡固坡效应

植物根系形态非常复杂,很难定量确定根系对边坡土体的防护作用。笔者选择常见护坡植物狗牙根为研究对象,根据自主研发的分形维数计算软件确定狗牙根根系分形维数,提出基于根系分形特征的固土机理数值分析方法,将根土复合体当作由土体、根系所联系起来的有机体,研究在雨水侵蚀力和坡面径流侵蚀力作用下,不同根系分形特征对土体位移场的影响。根据根系分形维数与表层位移关系曲线,建立分形维数与边坡土体稳定性的相互关系,明确边坡植入狗牙根根系对表层土体稳定性影响,研究结果表明,分形维数与数值计算相结合,能够反映植物根系形态对边坡表层土体位移的影响,对于植物生态边坡的设计与施工具有现实的指导意义。

狗牙根根系形态对边坡稳定性的影响

基于野外调查和室内试验,将根土复合体看作由土体、根系所联系起来的有机体,运用非线性有限元计算方法分析在雨水侵蚀力和坡面径流侵蚀力作用下,狗牙根根系须根数量和长度对边坡表层土体稳定性的影响.结果表明:根系的存在能有效提高边坡表层土体整体稳定性,边坡表层总应力和水平应力随着狗牙根须根数量的增多和须根长度的增大而逐渐增大,边坡土体水平位移量、竖向位移量、总位移量随着狗牙根须根数量的增多和须根长度的增大而逐渐减小.因此,选择合适根系分布形态的护坡植物对稳定边坡表层土体具有十分重要的意义.

基于植被根系分形维数的生态边坡位移场研究

植物根系与土的相互关系非常复杂,本文将根土复合体当作由土体、根系所联系起来的有机体,提出基于根系形态特征的固土机理数值分析方法,研究在雨水侵蚀力和坡面径流侵蚀力作用下,不同根系形态对土体位移场的影响。同时根据根系形态特征,研发了计算不同植物根系分形维数的分形软件Fractal 1.0,利用该软件能计算不同植物根系分形维数。选择常见护坡植物夹竹桃(Nenium indicum)作为研究对象,依据数值模拟中根系模型与实测根系形态分形维数的关系,研究了植物根系分形维数与边坡土体位移场的关系,给出了分形维数与边坡位移量的定量关系。随着分形维数的增大,根系生长活性增大,根系分枝数量和分枝长度逐渐增大,植入边坡土体后,边坡表层位移量能够有效减小,因此植物根系分形维数大小能够反映根系对边坡土体位移场的影响。

关于植物根系形态分布研究进展与新方法探讨

根系是影响植物生长的重要组成部分,同时根系对浅层边坡加固具有重要作用。根系结构是一个具有自相似特征的非规整复杂形体,欧氏几何中难以定量测量,将分形理论应用于根系结构中,能很好的定量描述根系结构形态。本文分析植物根系护坡和分形理论在植物根系中应用这两个领域国内外研究成果。在此基础上提出,基于L-系统理论构建植物根系形态模型,利用有限元软件数值模拟根系模型与土共同作用对边坡稳定性影响的思路。

夹竹桃根系力学性能的实验研究

以护坡典型植物夹竹桃根系为对象进行室内抗拉试验,研究了根系直径与抗拉力和抗拉强度之间的关系。试验结果表明,单根夹竹桃极限抗拉力随着直径增大不断增大,根茎的抗拉强度随着直径的增大不断减小;根据数据采集时间和根系应变之间的关系,计算出根系弹性模量;证实夹竹桃根系与土体形成根土复合体能够改善土体的强度和变形特征,共同承担外界荷载,有效提高边坡土体抗冲刷和抗侵蚀能力。

水泥土无侧限抗压强度室内试验研究

通过对水泥土室内配方试验结果的归纳与分析,研究了水泥土无侧限抗压强度与土的水泥掺量、龄期和含水率等影响因素的关系。试验结果表明,水泥搅拌桩能有效提高土体无侧向抗压强度,为今后水泥土搅拌桩的设计和施工提供了参考依据。

水泥土收缩性能室内试验研究

从水泥土收缩性方面研究了水泥土搅拌桩的止水抗渗性能,通过对水泥土室内收缩试验数据进行分析,建立了水泥土收缩性能与养护龄期、水泥掺入比以及含水率的定量关系。试验结果表明,水泥土搅拌桩实际施工过程中,避免搅拌桩长时间露天暴露,控制水泥掺入比为20%~25%,能够使水泥土收缩性满足水泥搅拌桩抗渗性能要求。试验结果为水泥土搅拌桩的工程应用提供了理论基础。

狗牙根根系抗拉强度试验

针对目前国内常用植草护坡这一高速公路边坡防护措施,分析了狗牙根护坡的力学机理。对狗牙根根系进行室内抗拉强度试验,结果表明,狗牙根根系的力学护坡效果与其根系抗拉强度有紧密关系。建立了狗牙根根系直径与抗拉强度的相互关系,对生态边坡的设计和施工具有一定的借鉴作用。

绿色建筑技术在既有建筑改造中的应用研究

为了适应资源节约型社会发展的要求,既有建筑需要通过绿色技术改造来降低建筑耗能。文章对绿色建筑相关技术进行探讨,提出绿色建筑技术改造策略,并在实际工程中实施应用,通过软件模拟和实际测量获取改造项目相关评估数据并进行分析。结果表明:既有建筑通过适当的绿色建筑技术改造能有效降低建筑能耗,减少建筑运行成本,使建筑在全生命周期内达到绿色节能的目标,同时提高建筑使用者舒适度,满足人民对更高生活质量的需求。

分形理论应用于植物根系形态分布的研究进展及其应用前景

综述了非线性科学热点之一——分形理论的研究现状,及其在植物根系研究方面的应用进展,强调利用分形维数研究植物根系分形特征的优越性,最后对分形理论在植物根系研究领域应用前景进行了展望。

小刚度劲性水泥土墙数值分析研究

小刚度劲性水泥土墙考虑了小劲度材料和水泥土的共同工作,充分发挥了两种材料各自的作用,使之形成可以同时完成挡土和止水双重任务的基坑围护结构。由数值模拟可知,随着开挖深度的增加,周围土体及围护结构的位移和应力均随之增大,型钢与水泥土之间的相互作用更加明显;不同型钢布置方式下,随着型钢数量的增加围护结构的水平位移明显的减小,抵抗变形的能力得以提高,同时也提高了型钢与水泥土共同作用。

钢纤维水泥土力学性能室内试验研究

通过对钢纤维水泥土试样的室内试验,研究了钢纤维水泥土的无侧限抗压强度、变形模量随参数不同的变化规律,为钢纤维水泥土的应用提供参考依据。