基于代表体元法的根土复合体基本力学性能研究 -pg电子娱乐平台

摘要传统的根系固土计算方法没有考虑根系的存在对根土复合体弹性参数的影响，同时难以针对坡面数量庞大的根系进行高效地建模和计算。为研究植被根系固土护坡的作用，本文将具有周期重复种植树木的人工林边坡视为天然周期复合材料，通过选取合理的“根-土”代表体元并添加相应的周期边界条件以代替整个坡面进行研究。首先基于rve法构建根土复合体三维本构关系，量化根系对土体的增强作用；其次基于该三维理论模型，探讨了土的弹性模量、含水率、根的弹性模量、含根率等关键模型参数对根土复合体等效力学性能的影响，并探究了该方法拓展研究根系形态的可行性；接着为验证rve法获得的根土复合体等效力学参数用于评价边坡稳定性的可行性，通过建立三维边坡仿真模型，模拟了含根边坡和无根边坡的力学变形响应，并探索了根和土的参数对边坡位移的影响，对边坡稳定性进行了分析；最后通过不同埋根方式的直剪及反复剪切试验，验证了rve法理论结果的准确性。研究表明：（1）利用rve法能准确预测根土复合体的等效弹性参数以及强度参数的变化，根系对土体的增强作用，不仅体现在黏聚力c的增强上，内摩擦角υ和弹性参数同样有变化，而wu模型无法评估根土复合体的等效弹性参数。rve合体剪切弹性模量提升率与试验结果仅相差0.24%，c仅相差2.45kpa而wu模型计算得到的c比试验结果高估了约5（2）在边坡尺度，将rve理论计算方法与数值仿真相结合，能够准确高效的评价边坡的变形特性（单元数减少了96.24-96.67%），为研究含大量复杂根系边坡提供了一种新的方法。（3）根和土的物理参数、含根率、根系形态等因素，将会对复合体的力学性能产生影响，进而影响边坡的位移和稳定性。（4）植物根系的存在加固了根土复合区，有效改善了边坡浅层土体的应力场，使得边坡竖向位移明显减小，安全系数增加。相较于wu模型存在高估边坡稳定性的风险，本文提出的rve方法在边坡稳定方面更符合实际。关键词：代表体元法，根系固土，直剪试验，数值模拟，边坡稳定abstractiistudybasicmechanicalpropertiesroot-soilcompositebasedrepresentativevolumeelementmethodmastercandidate:lishaoling（structuralengineering）directedhuangjiankunabstractplantrootscanreinforcesurfacesoilsmitigateshallowlandslides.rootreinforcementslopestability,root-soilcompositenaturalfiber-reinforcedcompositematerial,representativevolumeelement(rve)methoddirectlyconstructthree-dimensionalconstitutiverelationroot-soilcompositesviarvemethodquantifiesenhancementeffectrootsystemitsextensionstudyrootmorphology.theoreticalresultsobtainedrvemethodwereverifieddirectsheartestsrepeatedsheartestsdifferentembeddedroots.basedrvethree-dimensionaltheoreticalmodel，soilelasticmodulus，soilmoisturecontent,rootelasticmodulus,rootfillingfraction,rootmorphologyroot-soilcompositeequivalentpropertiesslopedisplacementwereinvestigated.finally,equivalentmechanicalparametersroot-soilcompositeobtainedrvemethodslopestability,three-dimensionalsimulationslopemodelmechanicaldeformationrootslopeno-rootsloperesponse,slopedisplacementfurtherexplored.resultsshowedrvemethodcanaccuratelyevaluateequivalentelasticpropertiesroot-soilcompositesstrengthparametersstrengtheningeffectonlyimprovesalsochangesinternalfrictionangleelasticparameters.however,wumodelcannotevaluateequivalentelasticparametersabstractiiiroot-soilcomposite.increaseratioshearelasticmodulusroot-soilcompositepredictedrvemethodrepeatedsheartestsonly0.24%.only2.45kpawumodeloverestimatedabouttimescomparedtestresultsslopescale,combiningrvehomogenizationtheorynumericalsimulationsmoreefficientelementnumberdecreasedphysicalparameterssoils,rootfillingfraction,rootmorphology,otherfactorsaffectmechanicalparameterscomposite,which,turn,affectslope’sdisplacementplantrootsystemcanmodifystressfieldshallowslope,reinforceroot-soilcompositearea,reduceverticaldisplacementslopeobviously,safetyfactorwumodelrunsoverestimatingslopestability.investigationprovidesnewwayconsiderroot-soilcompositesroot-reinforcedslopesfrom periodiccomposite materials. hascertain guiding significance reasonableplanting trees.key words: representative volume element method, root reinforcement, direct shear test, finite element simulation, slope stability. 1.1研究背景及意义 1.2植被护坡研究进展及现状 1.2.1植被护坡功能及技术发展 1.2.2根系固土理论与模型研究 1.2.3基于周期均匀化理论的根系固土研究现状