降雨条件下微型桩群-土-植被体系协同护坡机理及其设计方法研究

It is rainy in southern China and rain is one of the direct reasons of landslide, but at present the research of slope comprehensive protection engineering under rainfall conditions is relatively few in all over the world . Highway slope protection not only would be used engineering methods to protect its deep stability but also would be utilized vegetation ecology to protect soil and water conservation and landscaping. Therefore,the applicant will base on the highway soil slop and combine with the methods of field investigation,field tests and lab model tests,theoretical analysis and numerical to explore the mechanical properties of collaborative slope protection of micropile groups，soil and vegetation system under rainfall. The applicant will focus on research the reduce degree of soil strenth,vegetation system resisting slope erosion and its time-varying curve of roots strenthening soil capacity and wet skid resistance of micropile groups under different intensity rainfall and its duration,and combine with the previous research to analysis its action mechanism and failure mode of the whole process of landslide damage in order to optimize design for slope grasses,shrubbery community and micropile groups.On this basis,researchers will establish the mechanical model of collaborative slope protection of micropile groups,soil and vegetation system under rainfall, and then put forward the design method of highway soil slope comprehensive protection which are both helpful for slope stability and environmental protection. The research accomplishments would guild the landslide disasters comprehensive prevention of highway soil slope in rainy areas of southern China.

我国南方地区多雨，雨水是诱发滑坡的主要直接原因之一。目前国内外在降雨条件下的综合护坡研究相对较少。公路边坡防护既要采取工程措施确保深层稳定，又要利用植被生态防护保持水土与美化环境。为此，本项目拟以公路土质边坡为研究对象，通过雨季现场调查、室内外试验、理论分析与数值仿真技术，探索在降雨条件下微型桩群-土-植被体系协同护坡的力学特性；着重研究在不同强度降雨与历时条件下边坡土体强度降低程度、植被体系抵抗其坡面侵蚀与根系固土能力的时变曲线及微型桩群抗湿滑性能，并结合已有的前期研究成果深入分析，揭示其滑坡破坏全过程的作用机理、破坏模式等，以便优化坡体草种、灌木等植被群落与微型桩群的设计。在此基础上，建立降雨条件下微型桩群-土-植被体系协同护坡力学计算模型，进而提出降雨条件下公路土质边坡稳定兼顾环境保护的综合防护设计方法。该研究成果对我国南方多雨地区的公路土质边坡的滑坡灾害综合防治具有重要指导意义。

我国南方地区多雨，雨水是诱发滑坡的主要直接原因之一。植被生态护坡或微型桩护坡在边坡加固与防护工程中均得到了广泛应用，但两者协同护坡却研究很少,而目前国内外在降雨条件下的微型桩与植被协同综合护坡的研究则更少。公路边坡防护既要采取工程措施确保深层稳定，又要利用植被生态防护保持水土与美化环境。鉴此，本研究课题以降雨条件下的公路土质边坡为研究对象, 通过室内模型试验，研究了降雨条件下微型群桩在加固边坡中的桩身内力分布、土压力分布和桩端位移，并基于ABAQUS有限元软件建立微型桩边坡入渗有限元模型，对降雨入渗边坡的稳定性进行分析。通过对降雨时长和桩间距等对边坡稳定性的影响因素进行分析，得出随着降雨的持续，边坡土体的饱和度也持续增大，由于微型桩的阻碍，桩体两侧饱和度呈不均匀分布，与无桩边坡区别明显；边坡的应力也随降雨的持续发生了变化，在桩侧出现了应力集中现象，说明抗滑桩对滑裂面的发展起了很好的阻碍作用。基于分形理论和植物生态学理论建立香根草根系的形态模型，得到香根草根系的分形维数与其形态参数的相关关系。香根草根系的抗拉力随着根系直径的增大而逐渐增大，随着根系长度的增加基本保持不变，但呈现减小的趋势；香根草根系的抗拉强度随着根系直径的增大而减小，同时也随着根系的长度增大而减小，且呈现多元指数的相关关系。采用考虑土压力影响的土体模量函数，建立了考虑雨水吸应力影响的抗剪强度折减法，对微型抗滑桩的抗滑机理进行研究，分析其内力分布规律，探索适合工程应用的微型桩抗滑结构设计方法，力求充分发挥抗滑微型桩的性能。通过传统岩土软件计算边坡安全系数并与有限元计算对比，分析了香根草及微型桩对边坡安全系数的影响，同时在室外建立与实际工程相似的大比例尺试验模型，利用应变片、微型土压力盒等仪器，通过坡顶加载的方法对植被护坡与微型桩护坡的效果进行了模型试验研究，结果表明植被与微型桩协同护坡能有效的提高坡体整体性，而且能够提高边坡承受荷载能力，为边坡生态与工程协同防护设计提供了理论依据。