黄土区公路边坡土壤水分特征及植物生长情况调查研究

为探讨黄土区公路边坡土壤水分与植被生长关系,通过调查取样,测定了黄土区公路边坡的土壤水分状况,并记录了相应边坡的植被现状,结果表明:(1)调查路段沿线土壤含水量差异较大,呈现东部高于西部,南部多于北部的特点;此外,对于不同的坡形,填方边坡土壤含水量一般值在8~20%之间,挖方边坡土壤含水量一般值在10~20%之间。(2)调查区公路边坡植被整体上植被盖度差异较大,植被盖度在0.1~0.95之间,并且区域上呈现自东向西的逐步减少,西北部地区公路边坡植被退化较为严重。在不同坡形上,填方边坡植物长势要好于挖方边坡。     

黄土区道路边坡土壤养分垂向分布规律研究

通过对黄土地区典型道路边坡填方和挖方路段土壤养分指标的对比测试,分析边坡坡顶位、坡底位,土壤养分指标分布差异,测试结果呈现出填方路段不同坡位磷素垂向分布曲线来看,各层含量值均在0.06%左右,填方与挖方路段规律相同。同时该研究还对不同坡位土壤表层(0~10cm)、中层(10~30cm)、下层(30~70cm)的养分含量垂向分布规律进行分析,得到了不同坡位钾含量大部分集中在1.7%,符合黄土区全钾含量丰富的特征,而不同坡位磷素垂向分布曲线,土壤中的全磷含量在剖面上则无明显变化,总体来讲该研究在边坡的不同坡位土壤养分含量的剖面分布特征无明显差别。     

黄土区公路边坡不同坡位、坡向土壤养分含量对比研究

西部黄土区地形破碎、气候干旱、植被稀疏,加之特有的黄土结构,致使水土流失十分严重。加强公路边坡维护和生态修复无疑是保障公路基础设施安全、促进路域景观优化的重要环节,本文以甘肃省定西地区典型黄土高原丘陵区不同公路类型对应的边坡特征为具体研究对象,探讨黄土区公路边坡不同坡位、坡向土壤养分含量对比情况,为探究土壤养分流失特征、以及不同路域景观结构下植被恢复与土壤养分流失的关系打下基础。     

黄土地区公路边坡土壤质地及分布差异

黄土地区公路边坡土壤质地分析对于设计和维护边坡稳定性进而确保公路交通安全具有重要意义。本研究选取黄土地区代表性路段,对不同区域、不同年限、不同形式和不同位置的边坡土壤质地进行了系统的分析和比较。实验结果表明,不同黄土地区边坡土壤粒度存在差异;相比于填方路段,挖方路段的表层土壤质地更为接近原状土壤。本研究结果对于设计和维护黄土地区公路边坡稳定性具有重要参考意义。     

秸秆泥综合防护技术在公路边坡绿化中的应用

提出一种秸秆泥综合防护技术,该技术将低液限粉质黏土弃方、预处理秸秆、预先筛选的乡土植物种子和保水剂、黏结剂等材料混合后,铺设在低液限粉质黏土边坡表面形成植生基材层,最终达到保护坡面、恢复植被的目的。选择典型工点,在京台高速公路廊坊段边坡建立了6个试验样区,对边坡植被发芽率、覆盖度、植株高度和坡体浅层温度场、含水量等进行监测试验。试验结果表明:在秸秆纤维基材层中,草本植物生长状况要优于灌木,菊科植物菊苣可作为先锋植物使用,坡体温度变化主要在距基材层底面20cm的深度内,当深度超过20cm时坡体温度变化趋缓,浅层坡体含水量可以保持相对稳定且变化幅度较小,这些条件有利于减缓坡体表层的风化程度和加强边坡植物生长。     

赣南山区高速公路边坡截排水技术探讨

山区公路边坡截排水系统对于保障路基边坡稳定性具有十分重要的作用。以江西安远~定南高速公路为例,对赣南山区高速公路边坡截排水技术进行探讨。边坡排水工程可分为边坡截水和边坡排水:(1)地表截水措施常见为截水沟和阻水堤,地下截水措施可采用充气截排水;(2)挖方路段地表排水设施主要由截水沟、平台沟(急流槽)及边沟组成,边沟下设纵向盲沟,填方路段主要由排水沟和涵洞组成,填挖方段坡面常设置泄水孔排除地下水,排水洞、水平排水孔、盲沟及竖井皆可应用。截排水的目的是确保路基边坡的稳定,针对赣南地区边坡5种常见的破坏模式,即沿原有结构面滑动、沿顶部拉裂滑动、土体拉裂-崩塌、圆弧形滑动、表面冲刷,分析水在破坏过程中所起的作用,提出相应的截排水对策。以区域工程地质条件为基础,结合赣南地区降雨量大的特点,对常用的设计方案提出3点优化建议:(1)变坡点及弯道附近,将边沟适当加宽或增设横向排水管,并增加槽身粗糙度;(2)土质高边坡地下水丰富路段增设砂井,采用泄水孔穿连砂井;(3)对多节理裂隙岩质破碎路段进行注浆处理,将泄水孔加密,并使与节理裂隙面大角度相交,以21°~36°为最佳。     

高速公路岩石边坡绿化养护浇水频率研究——以京承高速公路(三期)为例

为估算边坡绿化养护的浇水频率,以京承高速公路3期为例,采用环刀测试土壤含水量的方法,对2个不同坡向边坡共6个坡位的基质田间持水量、基质水分变化速率以及试验边坡4种优势植物的萎蔫系数分别进行调查.根据测试指标的调查结果,浇水频率的估算结果为6个坡位之间的浇水频率为1次～1次/10 d不等,从每个边坡3个坡位浇水频率的平均值来看,阳坡和阴坡的平均浇水频率都约为1次/13 d.将估算结果在实践中进行验证,充足降雨后,调查发现约13 ～ 15 d后植物发生萎蔫,不能维持正常生长.浇水频率的理论估算结果与实践验证结果基本相吻合,浇水频率的估算方法在岩石边坡绿化养护中具有理论指导意义.     

冻融循环对季节冻土区黄土路堑边坡的影响

季节冻土区黄土路堑边坡经常出现的剥蚀病害,造成了严重的水土流失,污染了环境,同时也破坏了道路景观,影响了道路的正常运营。针对这一问题,在平凉至定西高速公路三处路堑边坡设置自动气象站,对黄土路堑边坡不同深度(5cm、20cm、50cm、100cm)土体的温度和含水率(体积)进行长期(2年)观测,试验(观测)发现即使在气温较低的冬天,边坡表层土体仍然存在冻融循环作用,从而引起边坡表层土体内含水率的变化。根据这一结果开展室内强度试验,发现冻融循环和由冻融循环引起的干湿循环会使原状黄土强度下降,表层土体疏松。现场观测和室内试验结果都表明冻融循环是导致季节冻土区黄土路堑边坡剥落的重要原因。此外,通过在平定高速公路的工程实践证明植被防护是一种有效的坡面防护型式。     

岩质路堑边坡坡向和坡位对植被自然恢复的影响

针对未防护的岩质路堑公路边坡,选取了岩性、结构与构造、建成年代、坡度、周围环境等基本相同的路段,对自然恢复植被的盖度、地上生物量、高度、物种在阴坡、阳坡及上坡、中坡、下坡空间的变异性进行了观测研究。结果表明,公路边坡自然恢复的植被的盖度、物种类型、物种数量、地上生物量在阴阳坡上存在显著差异(P<0.01),表现为阳坡盖度57.2%、生物量212.1g·m-2、物种数量为15,阴坡盖度80.0%、生物量534.8g·m-2、物种数量为20,阴坡明显大于阳坡;植被的盖度、物种类型、物种数量、地上生物量在不同坡位上不存在明显差异(P>0.05),表现为上坡盖度65.0%、生物量264.3g·m-2、物种数量为6.3,中坡盖度72.5%、生物量507.0g·m-2、物种数量6.3,下坡盖度68.3%、生物量372.7g·m-2、物种数量7.2,不同坡位之间的植被自然恢复差异不显著。     

雨天道路表面薄层水流特性的影响因素分析

道路表面水流受坡长、坡度、路表粗糙度、降雨强度等因素影响,薄层坡面水流流场比较复杂,很难用数学计算反映各因素之间的关系。文中利用FLUENT软件,采用水气两相流中的DPM方法,结合EWF模型模拟道路表面薄层水流情况,探究路表水膜厚度在不同水力特性参数下的变化规律。分析发现,坡长、横坡度、降雨强度对路表最大积水厚度影响明显,纵坡和路表构造深度与路表最大积水厚度相关性不大。     

基于停车视距的高速公路最小圆曲线半径研究

停车视距作为影响行车安全的重要因素,是公路设计中的强制性控制指标之一。曲线路段中央分隔带防眩设施和路侧护栏、边坡等均可能限制驾驶人的视线,导致停车视距不足。根据《路线规范》中现有高速公路横断面组成及其宽度,采用无人机采集了3条不同设计速度、不同横断面类型的高速公路不同车道内不同车型的横向位置视频,采用图像等比例的分析方法,提取了车辆横向位置数据后,采用统计分析的方法,得到了85%位的高速公路不同车道内不同车型驾驶人视点横向位置,进而确定了填方、挖方、隧道3种路段不同车型和偏向情况下的横净距。基于《路线规范》停车视距,考虑不同曲线偏向时视线受影响最不利车道与车型,根据曲线路段停车视距与横净距和圆曲线半径之间的几何关系,推导了曲线路段满足通车视距的最小圆曲线半径计算公式,并提出了填方、挖方、隧道,这3种路段曲线右偏与左偏两种情况下满足停车视距的圆曲线最小半径指标建议值。结果表明:对右偏圆曲线,《路线规范》中规定的圆曲线最小半径一般值能满足小客车的停车视距要求,也能满足曲线隧道内纵坡大于3%时货车停车视距,但不满足下坡或纵坡小于等于3%时货车停车视距;对左偏曲线,不满足小客车和大货车的停车视距,应取《路线规范》规定的圆曲线最小半径一般值的1.8～2.25倍。     

汽车振动作用下黄土阶状坡动力响应规律

为了给汽车振动作用下结构性黄土劣化损伤及边坡致灾机理研究提供理论支撑,研究汽车振动作用下黄土阶状坡动力响应规律,以安子路(安塞至子长)某黄土公路阶状坡为研究对象,采用野外调查和现场监测的方法,总结了黄土阶状坡的变形破坏模式及特点,获取了不同车辆类型、速度和位置下边坡的汽车振动信号。在对监测信号进行统计分析的基础上,得到了边坡的振动响应规律和频谱特性,主要结论如下:(1)边坡的振动响应随汽车荷载的增加而增强;随着汽车荷载的增加,振动响应强烈区域由二级坡逐渐迁移到一级坡;(2)汽车荷载较小时,振动波放大效应明显,汽车荷载较大时,振动波放大效应减弱,且Z方向波表现为振动衰减;(3)X方向波的频谱分布为单峰状,主频集中在17～65 Hz;Z方向波的频谱分布为多峰状,主频集中在22～185 Hz;(4)振动波在坡体中传播时的频率变化与车辆的类型、速度和位置的相关性较小,主要是由坡体自身决定;(5)汽车振动作用会造成黄土阶状坡应力状态发生改变,在黄土阶状坡设计中,边坡坡度不宜太大,一级和二级坡不宜太高,同时应重点对一级坡和二级坡进行坡面防护。该问题的研究,对揭示黄土阶状坡的动力响应及该类型边坡的防护具有一定的理论和实际意义。     

靖王高速路基南北边坡柠条种群生物量分配与生长的对比研究

以靖王高速路基南、北边坡的柠条种群为对象,依据样地调查结果,通过生长量、生物量及其分配等指标的对比分析,试图揭示坡向对种群生长的影响以及种群对不同坡向的生态适应对策。结果表明,北坡的土壤含水量、种群生长量及生物量显著高于南坡种群,而同一坡向种群之间没有显著差异。同时,种群通过生物量分配调节对坡向差异做出响应。在水分条件较差的南坡,种群将更多的生物量投资于地下部分生长,以利于获取更多的土壤水分资源;在水分条件较好的北坡,种群将更多的生物量投资于地上部分生长,以利于对已占据生境的巩固和利用。     

软层对土质边坡破坏模式及稳定性影响的数值分析

为了研究软层对土质边坡破坏模式及其稳定性的影响,运用FLAC~(3D)建立多分层(坡体分4层,坡基分2层)土质边坡模型。将软层分为由内摩擦角φ控制的软层(内摩擦角φ较小的软层),以由黏聚力c控制的软层(黏聚力c较小的软层)。考虑工程实际选取4种常见的软层分布方式:①软层在边坡顶部、②软层在边坡底部、③软层在边坡顶部和底部、④软层在边坡中部,采用强度折减法分析了不同软层分布和不同软层性质边坡的滑动面和安全系数。结果表明:(1)内摩擦角φ控制的软层分布不同时,分布②边坡表现为圆弧+直线型破坏,其余分布则表现为圆弧型破坏;(2)黏聚力c控制的软层在不同分布时,分布②呈明显的圆弧型破坏,其余分布表现为一定程度的圆弧+直线型破坏;(3)位于边坡中部的软层显著降低其稳定性,其中以黏聚力c控制的软层不利影响最为显著;(4)随层间参数差异值的增大,不同的软层黏聚力c与内摩擦角φ对于滑动面上边缘距坡顶距离作用效果相反,而对于安全系数的影响表现一致;(5)针对软层位于边坡中部的情况,软层自身性质相较于其周围土层的性质对边坡稳定性影响更为显著。在相关施工中应主要对软层进行加固,并适当对其周围土层进行补强,可实现经济合理的支护方案。     

婺源景区旅游公路两侧重金属污染情况分析

以婺源景区车流量最大的东线旅游公路为研究对象,并以车流量少的浙源-庐坑路段土壤为对照样。通过合理布样、精确检测以及数据统计,确定旅游公路沿线重金属Cu、Pb、Zn、Cd污染程度和纵向分布状况。结果表明:路段的横向变异系数大于轴向变异系数,Cu、Cd超标倍数和超标率要高于Zn、Pb,表明了婺源景区土壤受Cu、Cd污染较为严重,而Pb污染最轻;受植被覆盖情况、土地利用类型、土壤性质影响:Zn和Cd的含量沿纵向分布情况为江湾汪口—江湾晓起—江岭鹤西—李坑,而Cu和Pb的含量沿纵向分布情况为江湾汪口—江湾鹤西—李坑晓起—江岭;通过相关性分析,四种重金属为同源,且Cu和Cd的相关系数最大,达0.84以上。     

植被根系固化公路花岗岩残积土力学特性研究

利用植被发达的根系对公路边坡进行加固是目前实现固化与绿化和谐统一的可行措施之一。为明确用于公路花岗岩残积土边坡物被根系特征与土壤抗剪强度之间的关系,对山麻杆(Alchornea davidii Franch)、野牡丹(Melastoma candidum D.Don)、铺地蜈蚣(Cotoneaster microphyllus Lindl.)和地稔(Melastoma dodecandrum)四种灌木根系特征进行定量分析。结果表明,山麻杆根长密度与根表面积密度均明显大于另外三种植被,各植被根系分布主要集中在0~10 cm土层中,随土层深度增大,不同植被根长密度与根表面积密度均呈减小趋势;不同植被根系对花岗岩残积土内摩擦角φ和粘聚力c均有较大提升,不同植被根系在0~30 cm地层中,内摩擦角φ和粘聚力c均表现为,山麻杆野牡丹地稔铺地蜈蚣裸地;随根长密度和根表面积密度增大,植被根系固化花岗岩残积土内摩擦角和粘聚力均逐渐增大,且内摩擦角与根长密度和根表面积密度呈对数关系,而粘聚力与根长密度和根表面积密度具有线性关系。     

大温差荒漠区路面拱胀及路基盐分迁移规律研究

为了探究大温差荒漠区路面拱胀与路基内部可溶性盐分毛细迁移作用之间的关系,从而进一步确定路面拱胀病害成因,首先对新疆南部地区拱胀病害典型路段进行了实地调查,通过现场开挖探坑、填料取样试验检测病害路段基层及路基内部盐的种类与含量。然后结合室内模拟试验,深入研究温度梯度和盐分梯度作用下路基填料内部水-盐迁移规律及含水量、颗粒级配、压实度等关键因素对水-盐迁移的影响,得到了各关键因素作用下水-盐迁移特点,并据此提出了阻隔路基内部水-盐迁移的方法。结果表明:拱胀病害产生原因与路基硫酸盐含量过高及道路结构层内部水-盐迁移有关;温度梯度变化对水分盐分重分布影响显著,在土基内部形成明显的“水盐补给过渡区”,而盐分梯度对水盐迁移的影响仅有温度梯度的17. 3%;初始含水量及土质类别对表层最终含盐量及含水量的迁移影响显著;初始含水量越大盐分迁移越明显,在表层集聚的含盐量越高;土体颗粒越细,水-盐迁移速度越快,盐分表聚现象越明显;压实度每增加1%,含水率减少0. 2%左右,含盐量降低约0. 06%;可选取风积沙阻隔路基内部水-盐迁移,厚度宜为40～50 cm,位置在路堤顶面以下30～50 cm。     

路面抗滑性能评价指标的相关性研究

随着社会文明程度的提高,道路行车安全越来越被人们所重视。路面抗滑性能是反映路面安全性能的一个重要指标。目前,评价路面抗滑性能主要有三项指标:构造深度、摆值、横向力系数,这三项指标之间的关系尚没有明确的定论。本研究通过现场实测,结合数据分析,对三项指标的相关性进行研究。研究发现,三项指标之间的线性拟合优度都比较低,难以建立线性关系;摆值BPN、横向力系数SFC均与构造深度TD存在负相关关系。说明随着构造深度的增大,摆值和横向力系数都呈减小的趋势,即构造深度越大,路表抗滑能力越大。当摆值BPN较低(大约小于60)时,横向力系数SFC较低,稳定地分布在35以下的水平;当摆值BPN较高(大约大于60)时,横向力系数SFC会突增至50以上。     

山区公路纵坡段驾驶人脚操纵特征及驾驶负荷

为证实山区道路纵坡参数与驾驶人生理指标之间的相关性,明晰纵坡路段参数影响驾驶负荷的内在机制,在3条山区双车道公路上开展了小客车实车驾驶试验,采集道路纵坡参数、真实驾驶习惯条件下的驾驶人心电信号、加速踏板力和制动踏板力。基于实测数据,描述制动和加速踏板力幅值的分布特性,分析坡度值对踏板力的影响;探讨加速踏板力、制动踏板力与心率增长率H之间的关联度,并建立H与踏板力之间的回归模型,最终从体力和精神负担两方面揭示了纵坡路段驾驶负荷的形成机制。研究结果表明：制动踏板力的均值和特征分位值均高于加速踏板力,对应最高使用频率的制动踏板力幅值也高于加速踏板力,即下坡路段踩踏板操作的体力负荷更大;踏板力与H正相关,其中下坡制动踏板力与H之间的相关性更强,表明下坡路段尤其是陡坡路段的踏板操作更容易导致精神负担;当踏板力超过某幅值之后,部分驾驶人的H对踏板力的增加变得敏感;对纵坡单元各被试驾驶人的H和踏板力数据取均值,发现在消除驾驶人的个体差异之后,H踏板力的相关性变得更高。     

基于随机车辆模拟的钢桥面板焊接细节疲劳可靠度研究

为给钢桥面板焊接细节的设计及运营管理提供参考,针对随机车辆作用下的钢桥面板焊接细节,考虑交通量增长、车辆轴重的相关性和路表温度长期效应等因素的影响,进行了钢桥面板焊接细节的疲劳可靠度研究。基于某钢箱梁悬索桥WIM实测数据,分析了随机车辆各参数的分布特征,尤其是车辆轴重的相关性,采用能考虑轴重相关性的非参数核密度估计-Copula轴重抽样方法,编制了多参数随机车辆模拟程序;采用有限元法分析了路表温度、车辆轴重的相关性对疲劳荷载效应的影响;最后建立了基于疲劳损伤理论的功能函数,采用MC法进行疲劳可靠度计算,分析了交通量增长、轴重的相关性和路表温度长期效应对钢桥面板焊接细节疲劳可靠度的影响。研究结果表明:轴重具有多峰分布的特点,且轴重之间具有较强的相关性,模拟随机车辆时,如不考虑轴重的相关性,将会造成较大误差;路表温度变化主要影响钢桥面板焊接细节的应力幅,对循环次数和考虑车轮横向位置的应力幅折减系数影响不大,考虑路表温度长期效应的日等效应力幅,概率密度函数更具有多峰性质;考虑轴重相关性的日等效应力幅均值比不考虑轴重相关性的大;交通量增长对结构初期的疲劳可靠度指标影响不大,将造成结构后期的疲劳可靠度指标快速降低;考虑轴重相关性和路表温度长期效应均会降低钢桥面板焊接细节疲劳可靠度指标,而轴重相关性对疲劳可靠度指标的影响比路表温度长期效应更明显。