灌草混交植物护坡技术在铁路边坡工程中的应用研究

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随着我国铁路事业的蓬勃发展,铁路边坡的稳定性及其防护措施显得越来越重要。传统边坡防护技术可以有效地降低破面的不稳定,但是使用大量混凝土会导致环境的破坏,而灌草混交植物护坡技术是边坡防护和绿化工程的有机结合,不仅能有效提高铁路边坡的稳定性,也能美化陆域环境,防止水土流失。本文依托湖南省教育厅科学研究项目“活树桩-竹锚杆联合支护边坡机理与稳定性研究”(项目编号为18A162)和重庆铁路枢纽东环线南彭车站生态护坡实际工程,采用实地调研与数值模拟相结合的方法,对重庆铁路枢纽东环线项目进行了方案比选,分析了不同工况下的灌草植物护坡效果。主要研究内容和结论如下:1.通过对重庆铁路枢纽东环线南彭车站进行实地调研,结合重庆当地天气、地质情况对植物开展了优选,从长期生态效应、水文效应、绿化景观的有效性及边坡长期可持续稳定性方面综合考虑,选择草本植物香根草和灌木刺槐运用于重庆铁路枢纽东环线生态护坡工程。提出灌草混交边坡、灌草-挡土墙联合护坡、灌草-格构锚杆联合护坡三种方案进行比选。2.利用MIDAS软件建立了灌草、灌草-挡土墙、灌草-格构锚杆3中不同的护坡方案数值模型进行边坡安全稳定性计算,结合最大主应力、最大剪应力和塑性变形云图发现灌草、灌草-挡土墙和灌草-格构锚杆三种护坡方案都能不同程度减小边坡的最大剪应力和最大主应力数值,使边坡的潜在滑动区域下移且不贯通,塑性变形区域变小,边坡上部分潜在破坏区域面积变小且位置下移。挡土墙对边坡坡脚应力数值的减小和塑形变形减弱的贡献较大,格构锚杆与灌草的联合护坡方案对边坡稳定性的提高程度最高。3.根据边坡安全系数计算结果得出香根草-刺槐灌草护坡将铁路路堑边坡的安全系数提高了 20.25%,灌草-挡土墙护坡方案的安全系数提高了 22.84%,灌草-格构锚杆联合护坡方案的安全系数提高了 29.41%。挡土墙和格构锚杆与灌草联合护坡分别比灌草护坡安全系数提高2.59%和9.16%,挡土墙对提高边坡安全系数贡献很小,灌草-格构锚杆联合护坡安全系数提高程度最大,护坡效果最佳。4.香根草-刺槐灌草混交植物护坡技术的实际工程应用效果显示边坡长期稳定性随坡面植物生长年龄增长而逐年增长,其早期增长较快,一般五年后稳定性增长趋缓。采用香根草-刺槐灌草混交护坡方案实际工程效果显著,不仅可以节省工程费用17%,工期缩短25%,节省填挖工程量15%,提高边坡稳定性30%,而且还具有保持水土和美化重庆铁路枢纽东环线的作用。
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