【摘 要】
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纵观当前所有的植物生态护坡技术,虽然其对于浅层滑坡具有良好的加固效果,但是其无法加固深层滑坡。活树桩固坡是一种新的林木固坡形式,是将生命力强的活树桩植入或打入土层,一段时间以后,活树桩就会长出强大根系,从而起到防治深层滑坡的作用。论文选取榆树作为活树桩,采用ABS材料和3D打印技术制作活树桩,通过边坡模型试验和数值模拟等方法,研究了活树桩根系和坡体的受力特征、活树桩边坡的加固机理及其稳定性。主要研
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纵观当前所有的植物生态护坡技术,虽然其对于浅层滑坡具有良好的加固效果,但是其无法加固深层滑坡。活树桩固坡是一种新的林木固坡形式,是将生命力强的活树桩植入或打入土层,一段时间以后,活树桩就会长出强大根系,从而起到防治深层滑坡的作用。论文选取榆树作为活树桩,采用ABS材料和3D打印技术制作活树桩,通过边坡模型试验和数值模拟等方法,研究了活树桩根系和坡体的受力特征、活树桩边坡的加固机理及其稳定性。主要研究内容及结论如下:（1）设计并制作了有无活树桩的边坡模型,开展了边坡模型试验研究。试验结果表明,原始边坡在加载初期边坡坡面各测点水平位移增加缓慢,坡顶位移大于坡脚位移,加载后期坡顶位移增加缓慢,坡脚位移增加迅速,活树桩边坡位移要明显小于原始边坡位移。坡顶活树桩主根及侧根主要受压应力,坡中及坡脚活树桩主根主要受拉应力,坡中主根所受拉应力较大。坡中和坡脚活树桩向坡里生长的A侧根及B侧根主要受拉应力。坡脚及坡中活树桩主根主要受正弯矩（主根前受拉）,坡顶活树桩主根主要受负弯矩（主根后受拉）,弯矩数值随着荷载的增大而增大。（2）采用Midas GTS/NX软件建立边坡数值模型,研究了不同位置根系的轴向拉压应力和弯矩的变化规律。数值模拟结果表明,向坡里方向生长的A侧根主要受拉应力,向坡外生长的C侧根主要受压应力。坡脚处活树桩向坡里方向生长的A侧根越长,在其末端产生的拉应力越大,向坡外生长的C侧根越短,其所受压应力就越大。H型活树桩的A侧根所受拉应力最大,V型活树桩向坡里生长的A侧根所受拉应力最小。坡中和坡顶活树桩侧根所受弯矩值比坡脚侧根明显要小,坡脚活树桩侧根弯矩值多集中在侧根与主根分支处,而坡中、坡顶活树桩侧根弯矩值对集中在侧根的中间部位。（3）通过研究有无活树桩的边坡数值模型,探究了活树桩加固边坡的机理。结果表明,坡脚活树桩的存在使得土体剪应力区域向着更深的土层移动,坡脚活树桩主根穿越了潜在滑动面,通过根土之间的相互作用,垂直主根将坡面下滑推力传递到深层较稳定土层当中,利用稳定地层对垂直主根产生的锚固作用和被动抗力,阻止土体的滑动,从而使得边坡稳定性提高。活树桩侧根系在土层中向四周和纵深生长,形成网状结构,更好的束缚了土颗粒,而垂直主根系具有较大的刚度和抗拉强度,沿纵深方向垂直生长,犹如整个网状结构的一个骨架。侧根系与主根系形成一个牢固的空间整体结构,一起承担土体的剪切应力,增加了边坡的稳定性。入射角度为0°时的A侧根更好地将其抗拉强度转化为了土体的抗剪强度,而当入射角度变大时,土体的下滑推力只有一部分分力作用在A侧根上,侧根的拉应力变小,边坡稳定性降低。（4）采用有限元强度折减法对不同侧根入射角度、不同主根长度、不同根系形态及不同布置间距的活树桩边坡进行了稳定性研究。结果表明,侧根入射角度为0°时,活树桩对边坡稳定性的提升效果最好,侧根入射角度越大,边坡稳定性越低。活树桩主根越长,边坡潜在滑动面越深,边坡位移越小,边坡越稳定。VH型活树桩相比H型和V型活树桩对边坡稳定性的贡献最好,VH型活树桩边坡对比无支护边坡安全系数提升了 8.2%。减小活树桩布置的横向间距可以增大边坡的安全系数,横向间距为3.0m时,边坡安全系数最大为1.541,对比无支护边坡安全系数提升了 21.3%。当纵向间距变小为3.5m和3.0m时,边坡安全系数为1.552,对比无支护边坡提升了 22.2%。该研究深化了对活树桩边坡的加固机理与稳定性的理解,对以后活树桩边坡的研究具有一定的借鉴意义。
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