风荷载作用下植被对边坡稳定性影响研究

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我国东部沿海地区常年遭受台风侵袭,台风在带来强降雨的同时也通常伴随强风荷载。台风作用下极易在地质环境薄弱的地区诱发滑坡、泥石流等斜坡地质灾害。对温州地区台风斜坡地质灾害点调查资料进行统计分析,发现台风引发的斜坡地质灾害所处坡面的植被较为发育。因此,风荷载作用下植被与台风斜坡地质灾害有一定的相关性。本文从风荷载对植被边坡影响的因素入手,结合温州地区植被覆盖以及台风滑坡现场调查情况,选取杉木、马尾松和毛竹作为典型植被类型。对相关文献和研究资料进行统计分析,根据典型植被类型的空间分布特点及相关的物理力学参数,建立典型植被的简化模型。采用AR模型模拟风速的时程曲线,并对简化植被模型进行受力分析。进而建立了三种典型植被边坡的数值模型,通过数值计算对风荷载作用下植被对边坡稳定性的影响进行探讨,从而取得了以下主要认识:毛竹根土简化模型所承受的水平剪力值最大,马尾松次之,杉木最小。毛竹根系较浅,水平剪力极易大于土体及复合体的抗剪能力而发生剪切破坏;杉木根土复合体水平剪力在根系分布深度范围内均低于根土复合体和周围土体的抗剪能力;马尾松根土复合体所受到的水平剪力在一定深度内大于复合体及周围岩土体的抗剪能力,因此可能产生复合体或周围土体的剪切变形或破坏。毛竹根土复合体抗弯矩能力较小,易发生根土复合体的整体滑移,发生倾倒。杉木根土复合体的抗弯矩能力较大,发生变形破坏的可能性较小;马尾松根土复合体的抗弯矩能力较强且明显大于所受弯矩,不易发生复合体整体的滑移破坏。根系的存在提高了边坡表层岩土体的力学性质,改变了边坡应力。不同植被类型固土效果也所差异。毛竹根系作用深度较浅,仅对坡体表面有加固作用,对边坡的整体稳定性影响不大。杉木和马尾松根系较深,边坡潜在滑动面的深度较素土边坡向深处发展,边坡的整体稳定性有较大提高。背风坡植被边坡在风荷载作用下水平位移逐渐增大,塑性应变区由边坡坡脚沿根土复合体深度逐渐向坡内扩展,从而对边坡变形破坏有一定加速作用。迎风坡植被边坡对风荷载的响应仅局限于边坡坡脚附近,且并不随荷载的施加而有所增大,因此对边坡整体稳定性影响不大。风荷载作用下,杉木及马尾松边坡塑性区由坡脚沿根土复合体深度逐渐扩展,坡脚水平位移也逐渐增加直至保持常值,从而对边坡的变形破坏具有促进作用。但二者的变形破坏随荷载施加的过程有所差异,杉木边坡相对与马尾松边坡而言变形破坏加速时间相对较晚且呈阶跃状变化。毛竹边坡塑性应变集中于坡体表层,毛竹易发生风倒现象,而对比边坡的整体稳定性影响不大。本文研究成果可对台风斜坡地质灾害的研究提供参考,并对台风频发区边坡植被防护形式的选择及台风斜坡地质灾害的防治等工作提供一定的指导和借鉴意义。
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