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黄土边坡微生物矿化加固及植被恢复技术试验研究

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黄土边坡微生物矿化加固及植被恢复技术试验研究

作者：段金贵西北农林科技大学

学位级别：硕士

黄土丘陵沟壑区的裸露边坡极易发生严重的水土流失,本文采用微生物诱导碳酸钙沉淀(microbially induced calcite precipitation,MICP)技术开展黄土边坡微生物矿化加固及植被恢复试验研究,分析了巴氏芽孢杆菌的生长繁殖规律及微生物固化... 详细信息

黄土丘陵沟壑区的裸露边坡极易发生严重的水土流失,本文采用微生物诱导碳酸钙沉淀(microbially induced calcite precipitation,MICP)技术开展黄土边坡微生物矿化加固及植被恢复试验研究,分析了巴氏芽孢杆菌的生长繁殖规律及微生物固化黄土的成分和微观结构,揭示了MICP技术固化黄土边坡的机理,建立了黄土边坡微生物矿化加固及植被恢复的方法,研究了微生物固化与植被恢复对黄土边坡土壤侵蚀的联合防治效果。取得的主要研究成果和结论如下:(1)利用MICP技术对野外黄土边坡进行固化处理后,在坡面上生成一定厚度的固化层,通过XRD分析可知,坡面固化层中生成的碳酸钙晶体类型为方解石型,主要形态呈斜方六面体,晶体直径约为4μm-8μm,固化后生成的白色方解石晶体将相邻松散的土壤颗粒胶结在一起,从而提高了坡面的完整性和整体强度。(2)固化黄土边坡进行恢复植被后,统计25°、35°黄土边坡各区域内植被的生长状况,黄土边坡各固化区域内植被的成活率均高于各对照组区域,而且固化后添加保水剂的各区域内植被的成活率最高、紫穗槐的高度和地径的生长变化量最大、麦冬草和紫穗槐的生长状况最好。(3)利用MICP技术对不同密度的黄土进行固化处理,固化黄土的渗透性随着固化处理次数的增加而降低,土体密度越小,固化处理对其渗透性的影响越大,当固化处理次数达5次及以上时,不同密度土体的渗透性趋于稳定。密度1.33g/cm的黄土,经固化处理后,固化土样的保水性能增加,密度1.53g/cm的黄土,经固化处理后,固化土样的保水率在9d-28d内比原状土样低,其中固化处理5次和7次的土样保水率最差。(4)固化黄土边坡植被恢复后开展室内人工模拟降雨冲刷试验,坡面的总产沙量、产沙速率随土体密度和固化处理次数的增加而降低,坡面总产流量、产流速率随土体密度和固化处理次数的增加而增加。不同密度的固化黄土边坡种植麦冬草时,坡面的产流速率和产沙速率均最小,坡面的总产沙量下降幅度均最大,分别下降83.74%、84.50%、85.61%。(5)利用MICP技术固化黄土边坡后进行植被恢复,可以有效提高黄土边坡的抗侵蚀性能,黄土边坡固化处理完成后,分别种植麦冬草、紫穗槐以及麦冬草和紫穗槐间种,当坡面固化处理次数达5次及以上时,可以抵抗降雨强度为120mm/h的降雨连续冲刷1h以上,其中,固化处理后种植麦冬草的黄土边坡的抗侵蚀性能最好。

关键词：黄土边坡微生物固化植被恢复边坡防护抗侵蚀性能

均质非饱和边坡降雨入渗解析解及在黄土边坡的应用

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岩土力学 2023年第1期44卷 241-250页

作者：韩佳明董照苏三庆马鑫李冠兵西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054 西安科技大学西安市岩土与地下工程重点实验室陕西西安710054 西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055

降雨诱发的黄土边坡失稳非常普遍。建立黄土边坡渗流场计算模型,基于非饱和土渗流控制方程。采用VG函数和Gardner函数分别描述土-水特征曲线和渗透系数曲线,利用行波约化和级数展开法推导降雨入渗解析解。利用数值反演法将模型试验数据... 详细信息

降雨诱发的黄土边坡失稳非常普遍。建立黄土边坡渗流场计算模型,基于非饱和土渗流控制方程。采用VG函数和Gardner函数分别描述土-水特征曲线和渗透系数曲线,利用行波约化和级数展开法推导降雨入渗解析解。利用数值反演法将模型试验数据对土-水参数拟合,证明了该解析解的有效性。对比分析试验值与解析解在不同工况下体积含水率分布规律,分析结果表明:边坡试验模型中的浅层测点体积含水率试验值与解析解较为接近,试验值在浸润锋下移的过程中所达到的体积含水率峰值相比解析解较小;边坡试验模型中的深层测点体积含水率试验值与解析解在前期存在一定误差,深层测点体积含水率解析解在初期增长速度相较于试验值较快,主要原因是较深土层浸润锋的滞后性。

关键词：黄土边坡降雨入渗行波约化级数展开法解析解数值反演

黄土边坡悬臂式与全埋式单排两桩抗滑桩原位模型试验

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中国公路学报 2020年第4期33卷 14-23页

作者：李哲朱振国张娟曹升亮李又云长安大学公路学院陕西西安710064 中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安710075

以单排两桩抗滑桩为研究对象,将室内抗滑桩缩尺模型试验方法中的重塑土条件改进为原状土条件,参照岩土体现场直剪试验方法设计了抗滑桩现场模型试验,在高速公路高陡黄土边坡上进行悬臂式、全埋式抗滑桩原位缩尺模型试验,确定2种埋设方... 详细信息

以单排两桩抗滑桩为研究对象,将室内抗滑桩缩尺模型试验方法中的重塑土条件改进为原状土条件,参照岩土体现场直剪试验方法设计了抗滑桩现场模型试验,在高速公路高陡黄土边坡上进行悬臂式、全埋式抗滑桩原位缩尺模型试验,确定2种埋设方式的模型桩与原状黄土体相互作用至极限状态过程中的受力变形规律,探究2种埋设形式的抗滑桩在原状黄土中的受力分配过程,获得2种埋设形式的模型桩各自的破坏模式。试验结果表明:各模型桩在受力过程中均经历了零位移阶段、有效变形阶段和失效阶段,并将3个阶段的分界点分别定义为临界启动荷载和临界阻滑荷载。2种埋置形式的模型桩均属于多点依次断裂破坏,两悬臂式模型桩首次破坏点位于模型桩入土深度约68 cm处,A桩为两桩中的首先破坏桩,两桩的临界启动荷载为32.5 kN,临界阻滑荷载为75.5 kN;两全埋式模型桩首次破坏点位于模型桩入土深度约51 cm处,A桩为两桩中的首先破坏桩,A桩的临界启动荷载为32.5 kN,B桩为22 kN,两桩的临界阻滑荷载为93 kN。在全埋式条件下,两桩在受力过程中均存在明显的相互协调过程,而这一过程在悬臂式条件下并未出现。试验结果为抗滑桩破坏预警及设计计算提供了数据支持。

关键词：道路工程黄土边坡原位模型试验单排抗滑桩桩身弯矩破坏顺序

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双层均质边坡临界高度研究及其稳定性分析

岩土工程学报 2023年第2期45卷 426-432,F0004页

作者：田泽润张彦洪周茂定郭亚峰豆换换甘肃农业大学水利水电工程学院甘肃兰州730070

基于边坡塑性极限理论,假定组合对数螺旋线破坏机构,直接推导出双层均质边坡的临界高度方程。通过强度折减法使边坡逐步处于极限平衡状态,进而获得边坡的稳定性安全系数。该方法直接进行外功率积分,无需采用数值方法解决外功率积分困难... 详细信息

基于边坡塑性极限理论,假定组合对数螺旋线破坏机构,直接推导出双层均质边坡的临界高度方程。通过强度折减法使边坡逐步处于极限平衡状态,进而获得边坡的稳定性安全系数。该方法直接进行外功率积分,无需采用数值方法解决外功率积分困难,并且显式表达边坡临界高度。针对强度折减过程中优化计算对初值的依赖性问题,基于均质边坡上限法的对数螺旋线优化参数,提出了层状边坡初值估算方法,通过重点空间重点搜索,使得边坡稳定性分析过程更加高效。通过算例的验证与对比分析,表明该方法具有较高的计算精度和稳定性,指出上限法在层状边坡局部稳定性分析中存在的问题,并重新构造出可以兼容整体与局部破坏模式的目标函数,解决该问题。最后,以兰州市某黄土边坡为工程背景,采用多种方法进行了稳定性分析,验证了所提方法的可靠以及初值的低依赖性,可快速有效的应用于工程实践。

关键词：层状均质边坡上限分析法局部稳定性初值估计黄土边坡

基于证据理论的支挡型黄土高陡边坡稳定性评价

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东南大学学报（自然科学版） 2023年第3期53卷 436-444页

作者：李哲刘彤刘路路韩猛官宸慧张庭顺长安大学公路学院西安710054 东南大学交通学院南京211189 中国矿业大学深部岩土力学于地下工程国家重点实验室徐州221116 大连理工大学土木工程学院大连116024 武汉大学土木工程学院武汉430072

为准确评价高陡边坡的稳定性,以黄延高速公路高陡边坡为依托工程,采用D-S证据理论建立支挡型黄土高陡边坡安全评价指标框架体系,进一步提出了考虑支挡结构的高陡边坡稳定性评价方法.采用Python编程软件对监测的抗滑桩与高陡边坡水平位... 详细信息

为准确评价高陡边坡的稳定性,以黄延高速公路高陡边坡为依托工程,采用D-S证据理论建立支挡型黄土高陡边坡安全评价指标框架体系,进一步提出了考虑支挡结构的高陡边坡稳定性评价方法.采用Python编程软件对监测的抗滑桩与高陡边坡水平位移历史数据进行迭代和反演计算,得到边坡变化过程中各参数随时间变化的动态变化规律,实现对边坡的安全预警.根据安全评价结果,目标边坡处于安全状态的概率为73.25%,处于基本安全的状态的概率为22.99%.结果表明:D-S证据理论可对高陡边坡各指标间的一致性和冲突性进行定量衡量,并使各指标能够真实反映高陡边坡的特征;基于证据理论的评价模型所得结果与工程实际相吻合.该研究为同类边坡的安全评价提供了新的途径.

关键词：黄土边坡稳定性评价 D-S证据理论安全评价

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黄土丘陵区边坡动力响应及震陷变形分析方法

岩土工程学报 2023年第4期45卷 869-875页

作者：张彬邵帅邵生俊魏军政西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048 陕西省黄土力学与工程重点实验室陕西西安710048 中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043

黄土丘陵区易发生震陷型边坡失稳。通过动力离心模型试验和有限差分非线性动力分析方法研究地震时黄土边坡的动力响应及变形机制,探究了地震作用下概化黄土边坡的加速度及位移响应,提出了基于动单剪试验条件下黄土震陷系数经验公式及黄... 详细信息

黄土丘陵区易发生震陷型边坡失稳。通过动力离心模型试验和有限差分非线性动力分析方法研究地震时黄土边坡的动力响应及变形机制,探究了地震作用下概化黄土边坡的加速度及位移响应,提出了基于动单剪试验条件下黄土震陷系数经验公式及黄土场地震陷量估算方法,并应用于黄土边坡震陷变形计算。结果表明:黄土边坡对地震荷载具有放大效应,加速度放大系数沿高程呈非线性增大,且坡面动力放大效应大于坡体内部;边坡的震陷量与土层厚度关系密切,土层震陷系数随高程呈对数式增加;地震作用下黄土边坡的破坏形式是水平滑移变形与竖向震陷变形双向耦合的结果,震陷变形表现显著,边坡向临空面滑动,坡顶张拉裂隙和坡面错位裂隙大量发育,震陷沉降不均导致坡面形成错位阶梯。

关键词：黄土边坡动力离心模型试验数值模拟震陷

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不同失稳形态黄土边坡的动力响应研究

铁道学报 2022年第6期44卷 123-130页

作者：孙文梁庆国乔向进曹小平王丽丽兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 兰州交通大学土木工程国家级实验教学示范中心甘肃兰州730070 甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室甘肃兰州730070 中国地震局兰州地震研究所黄土地震工程重点实验室甘肃兰州730000

针对傅里叶变换的不足,为反映地震波时域和频域的局部特性,引入小波包变换分析方法,通过两台不同坡度的黄土边坡模型振动台试验,对加速度响应信号进行小波包变换,对比研究峰值加速度(PGA)在边坡地震失稳过程中的变化特征,观察分析失稳... 详细信息

针对傅里叶变换的不足,为反映地震波时域和频域的局部特性,引入小波包变换分析方法,通过两台不同坡度的黄土边坡模型振动台试验,对加速度响应信号进行小波包变换,对比研究峰值加速度(PGA)在边坡地震失稳过程中的变化特征,观察分析失稳过程。结果表明:黄土边坡坡度的陡缓差别,会对边坡地震失稳形态产生影响,陡坡为突发型,缓坡为渐进型。突发型失稳边坡的地震失稳过程可划分为破坏前、极限状态和破坏后三个阶段,而渐进型边坡的失稳过程可划分为弹性变形、塑性小变形和大变形失稳破坏三个阶段。对地震响应小波包变换分析显示,边坡动力失稳过程中起主要作用的是地震波的低频部分(0.10~12.51 Hz),其中第一频段(0.10~6.25 Hz)始终是主频,第二频段(6.26~12.51 Hz)始终是次频。边坡第一频段的能量占比E_(1)和第二频段的能量占比E_(2)的高程规律的改变,可作为判断边坡地震变形损伤情况产生变化的依据。反应谱曲线幅值和特征周期的突变证明了前述分析的正确性。

关键词：黄土边坡振动台试验地震响应小波包变换

瓜尔豆胶固化纤维黄土的抗侵蚀特性及生态护坡试验研究

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岩土工程学报 2022年第10期44卷 1881-1889页

作者：贾卓龙晏长根李博石玉玲兰恒星许江波包含长安大学公路学院陕西西安710064 郑州发展投资集团有限公司河南郑州450015 长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101

为了改善纤维黄土的水力特征,维持黄土边坡坡面的长期稳定,促进植物护坡潜能的充分发挥,提出采用瓜尔豆胶对纤维黄土进行固化处理。通过开展直剪试验、崩解试验、渗透试验、土水特征试验以及生态护坡试验,对比分析不同方式处理下黄土的... 详细信息

为了改善纤维黄土的水力特征,维持黄土边坡坡面的长期稳定,促进植物护坡潜能的充分发挥,提出采用瓜尔豆胶对纤维黄土进行固化处理。通过开展直剪试验、崩解试验、渗透试验、土水特征试验以及生态护坡试验,对比分析不同方式处理下黄土的抗侵蚀特性和土水保持能力。试验结果表明:瓜尔豆胶的加入可以有效提升纤维黄土的抗侵蚀特性和水土保持能力,随着瓜尔豆胶掺量增加或养护龄期增长,抗剪强度先增加后减少或稳定,而崩解率和饱和渗透系数均先减小后稳定,最优掺量和最佳龄期分别为1.0%和14 d;最优处理的瓜尔豆胶固化纤维黄土具有较好的持水能力,同时在自然大气降雨条件下表现出优良的生态护坡效果;瓜尔豆胶的固化处理既能促进纤维加筋作用的发挥,又能填充孔隙,黏结黄土颗粒,综合提升纤维黄土的力学及水力性能,可以在黄土高原的工程安全建设和水土保持过程中发挥积极作用。

关键词：黄土边坡瓜尔豆胶纤维黄土抗侵蚀特性土水保持能力生态护坡

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延安地区黄土挖方边坡冲蚀演化研究

铁道工程学报 2023年第7期40卷 1-8页

作者：许锐王广璐隋国晨李寻昌杨威长安大学西安710054

研究目的:为研究黄土挖方边坡冲蚀演化过程及其规律,为复合型生态防护提供可靠依据,本文基于对延安地区黄土边坡冲蚀演化的长期观测调查,进行坡面冲蚀形态测量、冲蚀量统计,并利用颗粒流模型,分析降雨、植被等主要因素与黄土挖方边坡冲... 详细信息

研究目的:为研究黄土挖方边坡冲蚀演化过程及其规律,为复合型生态防护提供可靠依据,本文基于对延安地区黄土边坡冲蚀演化的长期观测调查,进行坡面冲蚀形态测量、冲蚀量统计,并利用颗粒流模型,分析降雨、植被等主要因素与黄土挖方边坡冲蚀破坏演化过程间的耦合互馈关系。研究结论:(1)黄土挖方边坡坡面冲蚀演化有明显的阶段性,即表层侵蚀阶段、细沟阶段、坑槽阶段和冲沟阶段;(2)黄土边坡冲蚀演化各阶段既有各自阶段明显的特征,又相互制约和影响,总体呈加速扩展的趋势;(3)降雨与冲蚀量具有显著正相关性,是影响黄土边坡冲蚀破坏的关键因素,且延安地区黄土边坡冲蚀破坏和水土流失问题具有典型的季节性;(4)植被能有效改善土体的抗冲蚀性能,在边坡冲蚀演化各阶段,特别是在冲蚀演化初期,能有效减少冲蚀量;(5)本研究成果可为西北黄土边坡生态防护技术提供指导。

关键词：黄土边坡冲蚀演化颗粒流模型生态护坡