绿色多维系统生态护坡PPT课件

新型生态环境治理与修复绿色多维系统,科技绿色节能环保,1,-,能够广泛应用在路基、护岸、生态修复、立体绿化等诸多领域，是一种革命性的、跨界的创新结构，能够达到传统方式方法无法达到的效果。,2,-,3,-,挡土墙是指支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物。随着新型结构的研究发展，出现了一些复合式挡土墙，如竖向预应力锚杆挡土墙、重力式锚杆挡土墙等。右图是几种典型的重力式挡土墙的图例,4,-,护坡指的是为防止边坡受冲刷，在坡面上所做的各种铺砌和栽植的统称。直接防护是对河岸边坡直接进行加固，以抵抗水流的冲刷和淘刷。常用抛石、干砌片石、浆砌片石、石笼及梢捆等修筑。间接防护适用于河床较宽或防护长度较大的河段，可修筑丁坝、顺坝和格坝等，将水流挑离河岸。,5,-,6,-,地质灾害,7,-,8,-,整体性,9,-,10,-,11,-,地质灾害,对地震带来的变化能够快速适应，内部应力再分配继续发挥作用，能够很好的阻止滑坡等地质灾害，保证护坡效果,12,-,13,-,14,-,坡比可以控制，节约土地。绿化物种丰富，效果突出，内设微型水库，免维护。施工不受回填材料及季节天气影响，进度快。整体性好，不受水及冻融循环及地质灾害影响，寿命长。可以有效抵抗地震火灾等自然灾害的影响。,15,-,应用领域,16,-,17,-,土地面积利用率,18,-,路基施工中的水土保持问题,19,-,土平衡问题,20,-,植物根系固土作用,21,-,回填材料无限制,22,-,公路涵洞应用,绿色多维系统应用在路基中，在建造过程中可以直接将涵洞建好，涵洞壁两侧使用复合纤维拉接件拉接在其内部的对侧，使涵洞形成稳定的形状，并且涵洞的两侧都可以进行绿化美化，达到与原始自然景观的无缝对接。,23,-,已有公路的拓宽改造,绿色多维系统还可以在现有公路路基基础上进行护坡，并且加宽路面宽度，提高现有公路的利用率，并且能够进行绿化。,24,-,1.外运三合土填平凹坑,2.多余土方外运,3.占地面积大,4.硬质护坡无法绿化,1.无需外运土石方,2.施工进度快,3.土地利用率高,4.能够绿化,25,-,26,-,传统的硬质护岸使用混凝土和钢筋，施工时需要添加大量的化学药剂，在长期的使用中，这些化学药剂中的有害成分会渗透到水中对环境造成污染。硬质护岸使水更快的流走而不渗透，阻断了地下水的重要的补充来源。,27,-,绿色多维系统应用在护岸中，可以完全取代硬质及软质护岸，不仅可以起到护岸的作用，还能够对水岸起到绿化美化作用，并且植物的根系在生长过程中能够将水岸稳固，起到一种自然加固的作用。,使用绿色多维系统的另一优势在于其回填材料可以就地取材，节省了运输环节，降低了成本，也减轻了对环境的影响。,28,-,景观植物：水生植物：回填渣土：,选择范围广，不受土层厚度限制，植物根系能够起到加固作用。能够在水位改变时起到保护及美化作用。就地取材，包括他处运来的建筑垃圾都可以用来回填。,29,-,长久以来黄河流域的水土流失非常严重，尤其是黄土高原，由于缺乏植被的覆盖，导致土壤非常容易流失，尤其是受到水流冲刷后，非常容易被冲走，导致河水含沙量增加，河床升高，传统的护岸方式又无法解决流失问题。,绿色多维系统用于护岸，由于拉接件对土壤和植物根系的加筋作用，土壤的密实度增加，使其不易松散垮塌，尤其是在水下部分种植的水生植物，其根系能够保持土壤不被水流轻易的冲走，并且水生植物还能够清洁水体。,30,-,31,-,绿色多维系统应用在挡墙领域，能够将原本光秃秃的石墙变为栽植着绿化植物的生态墙，能够有效的提高小区绿化率，吸附扬尘，净化空气质量，并且能够成为城市景观的一部分。绿色多维系统可以作为挡墙、围墙使用，也可以作为施工时的围挡使用，修筑施工周期短、无需养护，墙体绿化效果成型快、无需维护，能够减轻物业维护工作强度，并且原先规划绿化带的面积可以充分利用，扩大有效面积。,32,-,绿色多维系统还可以对现有墙体进行绿化和美化，进行立体绿化，增加小区的绿化率。利用绿色多维系统进行进行现有墙体改造，对原有墙体无破坏，不增加墙体荷载，对墙体防水无要求，并且后期免维护，节约成本。,33,-,房地产土平衡和水土保持问题,渣土填充用于临时存放渣土,种植土填充作为永久围墙绿化,34,-,房地产土平衡和水土保持问题,规划：动态绿化：土石方：,在房地产规划时期介入，利用绿色多维系统的优势来做土平衡和水土保持方案，能够有效降低建造过程中水土流失和PM2.5、PM10指数，并能够降低整体成本，为未来碳排放交易做准备。施工时利用现场表层种植土填充与绿色多维系统中，用于施工现在的临时围挡、永久围墙等，可以有效增加动态绿化面积，并且能够起到苗圃的作用，降低绿化成本。减小了土方的运输量，不仅能够降低整体成本，还能够有效解决渣土的处理问题，降低施工中的扬尘PM2.5、PM10，降低施工中的水土流失。,35,-,36,-,石漠化治理,石漠化是指在热带、亚热带湿润、半湿润气候条件和岩溶极其发育的自然背景下，受人为活动干扰，使地表植被遭受破坏，导致土壤严重流失，基岩大面积裸露或砾石堆积的土地退化现象，也是岩溶地区土地退化的极端形式。国家林业局副局长张永利指出，中国到2012年还有12.0万平方公里石漠化土地，边治理、边破坏的现象仍很突出。形成石漠化的主要原因是水土流失严重。,37,-,石漠化治理,目前国内普遍应用的治理石漠化的措施是修建淤地坝。淤地坝是指在水土流失地区各级沟道中，以拦泥淤地为目的而修建的坝工建筑物，其拦泥淤成的地叫坝地。在流域沟道中，用于淤地生产的坝叫淤地坝或生产坝。建造淤地坝的目的在于控制水土流失，采用阶梯式修建淤地坝来应对石漠化现象。,38,-,石漠化治理,山体受冲刷导致水土流失严重,利用绿色多维系统修建淤地坝,水土被淤地坝截留形成沉积平原,39,-,回填材料无限制,绿色多维系统路基应用，回填材料的选择没有限制，在条件允许的情况下可以将渣土、建筑垃圾和固体废弃物用于回填。利用绿色多维系统的这一特性，在条件允许的情况下可以将建筑垃圾、固体废弃物等作为绿色多维系统的回填材料，可以将绿色多维系统变成一个微小的“固体废弃物处理系统”。,40,-,右图所示为青岛滨海大道书香门第小区北侧使用绿色多维系统进行挡墙绿化工程。利用绿色多维系统将道路两侧裸露的石头进行挡护和立体绿化，自2012年建成以来运行良好。,41,-,施工中,42,-,尾矿、垃圾堆积后，由于其内成分复杂，产生大量的污水、废渣、废气，影响周边环境。使用绿色多维系统可将尾矿、垃圾覆盖，种植能够吸收有害物质的植物，不仅能够降低环境污染，更可绿化、美化。,尾矿治理,43,-,44,-,受到破坏的山体，裸露在外，受到雨水冲刷非常容易造成水土流失，传统做法仅仅是修建挡墙，或者通过锚固挂网的方式进行加固防止其滑坡，并不能彻底根治水土流失问题，相反，还会造成新的水土流失。,45,-,石漠化是指在热带、亚热带湿润、半湿润气候条件和岩溶极其发育的自然背景下，受人为活动干扰，使地表植被遭受破坏，导致土壤严重流失，基岩大面积裸露或砾石堆积的土地退化现象，也是岩溶地区土地退化的极端形式。,山体受冲刷导致水土流失严重,利用绿色多维系统修建淤地坝,截留形成沉积平原,46,-,47,-,48,-,渣土填充用于临时存放渣土,种植土填充作为永久围墙绿化,49,-,50,-,高强复合纤维材料：是由多种材料复合而成，根据强度需要做成的强度梯度材料，抗拉强力可达到72kN/m，具有极好的耐老化性能，材料主体是永久性材料，耐高温达1500。,51,-,高强度复合纤维绳：是由多种纤维复合后编织而成，其强度可达可达700Mpa，抗老化性能优异，使用寿命可以达到60年以上；耐高温性能好，可承受1500瞬时高温，且阻燃。,52,-,53,-,54,-,版权及声明：本文档版权属于青岛天力设计公司，未经该公司及本文作者书面允许，禁止复制、拷贝、传播、分发以及部分拷贝本文档。,FEAReportforInnerbalanceproblemofGreenmultidimensionalsystem绿色多维系统内平衡问题有限元计算报告,55,-,Contents目录1General概述2Calculationrequirement计算要求3Calculationobject计算对象4Calculationmodel计算模型4.1Dataandunitoffiniteelementmodel有限元模型数据单位4.2Coordinatesystem坐标系统4.3Materialparameter材料参数4.4FEMmodel有限元分析模型4.5ConstraintconditionandLoadcases约束条件和载荷工况5.Analysisresult分析结果6.Conclusion结论Bibliography参考文献,56,-,1General概述根据青岛天力绿色生态科技有限公司设计人员提供的概念模型和计算要求，利用FEM软件分析该种挡土墙的内部力平衡问题。有限元建模及分析计算分别采用HYPERMESH11.0软件及ANSYS14.0软件完成。2Calculationrequirement计算要求求的各拉杆的轴力。3Calculationobject计算对象本次计算是按照最新CAD模型数据计算的，考虑了拉杆逐层长度变化效应。,图1：几何模型,57,-,4Calculationmodel计算模型4.1Dataandunitoffiniteelementmodel有限元模型数据单位如果没有特殊说明，本报告中有限元模型分析的结果数据以表1中所列的单位计算。,-,表1有限元分析的结果数据单位汇总Table1：FEMUnits,58,-,4.2Coordinatesystem坐标系统有限元模型坐标系统采用CAD模型的坐标，X轴：墙体长度方向Y轴：墙体宽度方向；Z轴：重力方向如果没有特殊说明，本报告中有限元模型均按此坐标系设定方向。4.3Materialparameter材料参数,-,绿色多维系统主要由玄武岩纤维加强筋和土壤组成所使用材料的弹性模量、泊松比、密度、屈服强度与抗拉强度如表2所示。,表2材料属性Table2Basicparameters,59,-,4.4FEMmodel有限元分析模型对该模块进行网格划分，有限元分析模型如图3所示，主要采用4节点SHELL1813D壳单元和3D铁木辛克梁Beam188单元。SHELL181单元适合对薄的到具有一定厚度的壳体结构进行分析。它是一个4结点单元，每个结点具有6个自由度：x,y,z方向的位移自由度和绕X,Y,Z轴的转动自由度。Beam188单元适合于分析从细长到中等粗短的梁结构，该单元基于铁木辛克梁结构理论，并考虑了剪切变形的影响。Beam188是三维线性（2节点）或者二次梁单元。每个节点有六个或者七个自由度，自由度的个数取决于KEYOPT(1)的值。当KEYOPT(1)0（缺省）时，每个节点有六个自由度；节点坐标系的x、y、z方向的平动和绕x、y、z轴的转动。当KEYOPT(1)=1时，每个节点有七个自由度，这时引入了第七个自由度（横截面的翘曲）。这个单元非常适合线性、大角度转动和/并非线性大应变问题。当NLGEOM打开的时候，beam188的应力刚化，在任何分析中都是缺省项。有限元法的基本计算原理：力平衡问题是典型的弹性力学中的平面应变问题，如下图：,-,60,-,-,61,-,有限元法将结构离散后，以虚功原理为基础建立平衡微分方程，并通过位移变分（拉格朗日变分方程）以及牛顿拉普逊迭代法求得计算结果。本计算的有限元模型如下：总共获得27610个单元和11978个节点。,-,图2该模块的有限元计算模型,62,-,4.5ConstraintconditionandLoadcases约束条件和载荷工况根据实际情况，通过约束方程完成有限元模型的约束。加载采用ANSYS软件中表面效应单元实现不等值压力的加载。其中土压力的计算理论中考虑了静止土压力,图3土压力的组成,63,-,图4静止压力计算,其中静止土压力：,64,-,主动土压力和被动土压力，根据郎肯土压力理论的极限平衡条件：,图5极限平衡条件,65,-,图6主动土压力计算,图7被动土压力计算,综合计算公式：,66,-,综合以上得到土压力随高度变化的曲线施加在有限元模型上：,图8载荷在截面上大小分布,图9载荷在斜轴侧视图上大小分布,67,-,5.Analysisresult分析结果经过计算，得到应力和变形分布结果，在各工况下的应力云图(VonMises应力)及位移图如图10-图16所示。,图10：整体变形图,图11拉杆轴力变化云图,68,-,图12拉杆轴力-高度变化曲线,69,-,图13拉杆ZX截面内剪力变化云图,图14拉杆ZY截面内剪力变化云图,70,-,图15拉杆X轴弯矩变化云图,图16拉杆Z轴弯矩变化云图,71,-,6.Conclusion结论通过以上结果可以看出：在土层逐层增高填满压实的过程中，所需要的拉杆长度变化线性增大，杆所承受的拉力线性减小。若采用上下等长度的拉杆来完成此结构，由于几何体的开口效应，会造成顶部的拉杆拉力变大。同时可以看出，各拉杆的剪力并不是很大，不会造成失效；靠近端部的拉杆承受一定的弯矩,考虑土带来的摩擦和支撑作用，该弯矩相对轴力来说仍然较小。Bibliography参考文献1ZHANGMinStudyontheMethodofCheckingComputationforRetainingWallsGroundBearingCapacityandtheAnti-ov