新型生态砖护坡对河道边坡稳定性的影响研究

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我国河道治理中传统的护坡常采用混凝土、浆砌石等,这类护坡满足稳定方面的需求,却忽略了日益重视的生态效应。目前我国在治理河道时提出新要求,在遵循生态规则的基础上,满足河道行洪排涝安全下,统筹发挥河道的可持续发展作用。生态砖护坡作为河道边坡治理的一种措施,既满足河道边坡稳定性又保证其具有生态性。本文以江苏某河道为研究对象,开展新型生态砖护坡在河道护坡中的应用研究。本文主要研究内容如下:(1)调查分析现有护坡技术的种类与优缺点,综合考虑当下边坡防护的需求,设计2种新型生态砖护坡,分别为插合式正六边形生态砖护坡和插合式四边形空心生态砖护坡,上述两种生态砖护坡具有孔隙率大、透水性强、表面粗糙度大及整体性强等优势。(2)在分析当前模具种类及材料的基础上,采用塑料模具生产插合式正六边形生态砖和插合式四边形空心生态砖。生态砖主要采用P.042.5级硅酸盐水泥、DM=20mm的石灰岩碎石、级配良好的细沙、Ⅱ级粉煤灰、自来水、萘系高效减水剂等制作原料,原料配合比为水泥:粗骨料:细骨料=1:1.43:1.43,并根据生态砖类型确定合理的施工流程。(3)运用有限元软件分析网格精度对计算结果的影响,结果表明网格小于1.0m时,误差小于2.0%;在此基础上对生态砖的力学模型进行对比分析,按照2种生态砖与坡面实际接触方式与简化为竖向荷载均匀布置在坡面的方式计算得到的稳定安全系数变化率为1.59%和1.52%,两种模拟方式计算结果非常接近,而采用简化为竖向荷载均匀布置在坡面的方式可有效减小计算工作量,且结果合理。(4)利用ABAQUS有限元软件,基于强度折减有限元法,按有无护坡措施两种情况对影响河道边坡稳定的4个因素进行敏感性分析。结果表明:无护坡措施河道边坡稳定的4个影响因素的敏感度排序为黏聚力>内摩擦角>边坡系数>弹性模量;有护坡措施中2种生态砖护坡稳定的各影响因素敏感度相近,均为黏聚力>内摩擦角>边坡系数>弹性模量;但当河道边坡铺设生态砖后,与无护坡措施相比,各影响因素的敏感度有所降低。(5)基于渗流场与应力场耦合模型,运用ABAQUS有限元软件,分别进行河道无水工况、河道最高水位、河道正常水位和河道最低水位工况下的河道边坡稳定性研究,结果表明:在河道无水工况下生态砖护坡可以提高河道边坡稳定安全系数,在河道最高水位、河道正常水位、河道最低水位工况下,随着河道水位的下降边坡稳定安全系数也逐渐减小。同时采用生态砖护坡后的河道边坡稳定安全系数是大于土质边坡稳定安全系数,说明考虑渗流作用,生态砖依然可以提高边坡稳定性。但是提高程度相对于无水条件下要小。本文针对两种新型生态砖护坡,从设计制备、河道边坡稳定敏感性分析及渗流稳定安全分析等方面进行研究,以期为其他类型生态砖护坡的研究方法提供一定的参考。
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