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北麓河青藏公路沿线多年冻土区热融滑塌型边坡植被防护力学效应研究
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作者 王程 胡夏嵩 +5 位作者 卢海静 张培豪 岳磊 周喆 吕伟涛 何德权 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期1057-1068,共12页
为评价青藏公路沿线多年冻土区高寒草甸和人工种植植物固土护坡力学贡献,本研究选取位于青藏公路沿线北麓河地区一处热融滑塌灾害作为研究区。以原生草甸(主要植物种为嵩草(Carex myosuroides Vill.)和藏嵩草(Kobresia tibetica Maxim.)... 为评价青藏公路沿线多年冻土区高寒草甸和人工种植植物固土护坡力学贡献,本研究选取位于青藏公路沿线北麓河地区一处热融滑塌灾害作为研究区。以原生草甸(主要植物种为嵩草(Carex myosuroides Vill.)和藏嵩草(Kobresia tibetica Maxim.))和人工种植垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)、星星草(Puccinellia tenuiflora(Griseb.)Scribn.&Merr.)、冰草(Agropyron cristatum(L.)Gaertn.)、早熟禾(Poa annua L.)、碱茅(Puccinellia distans(L.)Parl.)和中华羊茅(Festuca sinensis Keng ex S.L.Lu)等6种生长期为1 a草本为研究对象,通过开展室内原状根-土复合体剪切试验,探讨了草本根系增强热融滑塌型边坡体抗剪强度作用贡献,并采用静力平衡法对该热融滑塌型边坡稳定性进行了评价。主要得到如下结果:通过室内洗根试验得到根-土复合体试样平均含根量由高至低依次为原生草甸(33.33 mg·cm^(-3))、垂穗披碱草(16.95 mg·cm^(-3))、早熟禾(13.12 mg·cm^(-3))、中华羊茅(5.80 mg·cm^(-3))、冰草(3.89 mg·cm^(-3))、星星草(3.15 mg·cm^(-3))、碱茅(2.86 mg·cm^(-3));平均株高由高至低依次为垂穗披碱草(10.93 cm)、原生草甸(9.64 cm)、冰草(6.88 cm)、早熟禾(5.22 cm)、中华羊茅(3.90 cm)、碱茅(3.86 cm)、星星草(2.90 cm);区内原生草甸和6种人工种植草本根-土复合体抗剪强度均显著高于不含根系素土,其中原生草甸和人工种植垂穗披碱草根系增强土体抗剪强度作用增幅相对较大,分别为42.17%和30.96%;由静力平衡法计算得到含根系边坡安全系数均高于不含根系素土边坡,边坡安全系数由大至小依次为原生草甸(1.47)、垂穗披碱草(1.39)、早熟禾(1.38)、冰草(1.37)、碱茅(1.36)、星星草(1.32)、中华羊茅(1.32)、素土(0.96)。该研究结果对于有效防治青藏公路沿线北麓河地区热融滑塌灾害,同时为进一步有效防治青藏公路沿线热融滑塌灾害引发的水土流失、草地退化等灾害提供理论依据和实际指导。 展开更多
关键词 青藏公路 多年冻土 热融滑塌 植物护坡 根-土复合体
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黄河上游夏藏滩巨型滑坡区根-土复合体理化与强度特性
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作者 樊秋璇 杨馥铖 +5 位作者 付江涛 刘昌义 胡夏嵩 邢光延 赵吉美 张培豪 《干旱区研究》 CSCD 北大核心 2024年第5期797-811,共15页
为研究黄河上游夏藏滩巨型滑坡分布区土体理化性质及力学强度特征,本研究通过在该滑坡体不同位置制取植物及土体试样,测定各采样点植物生长量指标、土体密度、含水率、含根量、抗剪强度指标以及营养元素含量等指标;在此基础上,通过采用S... 为研究黄河上游夏藏滩巨型滑坡分布区土体理化性质及力学强度特征,本研究通过在该滑坡体不同位置制取植物及土体试样,测定各采样点植物生长量指标、土体密度、含水率、含根量、抗剪强度指标以及营养元素含量等指标;在此基础上,通过采用Spearman相关性分析方法,探讨了该滑坡体不同位置植被类型、土体理化性质以及根-土复合体抗剪强度特征。结果表明:植物种类随海拔高度降低表现出增加趋势,其中优势草本植物为异针茅(Stipa aliena)、黄花棘豆(Oxytropis ochrocephala)、沙蒿(Artemisia desertorum)等3种;滑坡分布区土体pH值呈中性至碱性,有机质、全氮、全磷等3种营养元素含量在滑坡体后缘位置变化幅度相对较大,全钾、碱解氮等其余4种营养元素变化幅度较大但未表现出明显变化规律;土体含水率随海拔高度降低呈先增加后降低,土体密度呈增加的变化趋势,即随海拔降低增加幅度分别为7.05%和5.88%;根-土复合体粘聚力c值与含根量均表现出随海拔高度降低呈先增加后降低的变化趋势;此外,通过采用Spearman相关性分析得到,根-土复合体粘聚力c值与海拔高度之间呈负相关关系,而与含根量、有机质、含水率之间则呈正相关关系。研究结果对防治黄河上游龙羊峡至积石峡流域两岸边坡水土流失、浅层滑坡等地质灾害现象具有实际指导意义。 展开更多
关键词 黄河上游 夏藏滩巨型滑坡 土体理化性质 根-土复合体 抗剪强度
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Characterization of alpine meadow surface crack and its correlation with root-soil properties
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作者 WU Yuechen Zhu Haili +5 位作者 ZHANG Yu ZHANG Hailong LIU Guosong LIU Yabin LI Guorong hu xiasong 《Journal of Arid Land》 SCIE CSCD 2024年第6期834-851,共18页
Quantifying surface cracks in alpine meadows is a prerequisite and a key aspect in the study of grassland crack development.Crack characterization indices are crucial for the quantitative characterization of complex c... Quantifying surface cracks in alpine meadows is a prerequisite and a key aspect in the study of grassland crack development.Crack characterization indices are crucial for the quantitative characterization of complex cracks,serving as vital factors in assessing the degree of cracking and the development morphology.So far,research on evaluating the degree of grassland degradation through crack characterization indices is rare,especially the quantitative analysis of the development of surface cracks in alpine meadows is relatively scarce.Therefore,based on the phenomenon of surface cracking during the degradation of alpine meadows in some regions of the Qinghai-Tibet Plateau,we selected the alpine meadow in the Huangcheng Mongolian Township,Menyuan Hui Autonomous County,Qinghai Province,China as the study area,used unmanned aerial vehicle(UAV)sensing technology to acquire low-altitude images of alpine meadow surface cracks at different degrees of degradation(light,medium,and heavy degradation),and analyzed the representative metrics characterizing the degree of crack development by interpreting the crack length,length density,branch angle,and burrow(rat hole)distribution density and combining them with in situ crack width and depth measurements.Finally,the correlations between the crack characterization indices and the soil and root parameters of sample plots at different degrees of degradation in the study area were analyzed using the grey relation analysis.The results revealed that with the increase of degradation,the physical and chemical properties of soil and the mechanical properties of root-soil composite changed significantly,the vegetation coverage reduced,and the root system aggregated in the surface layer of alpine meadow.As the degree of degradation increased,the fracture morphology developed from"linear"to"dendritic",and eventually to a complex and irregular"polygonal"pattern.The crack length,width,depth,and length density were identified as the crack characterization indices via analysis of variance.The results of grey relation analysis also revealed that the crack length,width,depth,and length density were all highly correlated with root length density,and as the degradation of alpine meadows intensified,the underground biomass increased dramatically,forming a dense layer of grass felt,which has a significant impact on the formation and expansion of cracks. 展开更多
关键词 alpine meadow grassland degradation grassland cracks crack characterization index crack morphology root length density grey relation analysis
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Shear resistance characteristics and influencing factors of root-soil composite on an alpine metal mine dump slope with different recovery periods
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作者 PANG Jinghao LIANG Shen +5 位作者 LIU Yabin LI Shengwei WANG Shu Zhu Haili LI Guorong hu xiasong 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2024年第3期835-849,共15页
Artificial vegetation restoration is the main measure for vegetation restoration and soil and water conservation in alpine mine dumps on the Qinghai-Tibet Plateau,China.However,there are few reports on the dynamic cha... Artificial vegetation restoration is the main measure for vegetation restoration and soil and water conservation in alpine mine dumps on the Qinghai-Tibet Plateau,China.However,there are few reports on the dynamic changes and the influencing factors of the soil reinforcement effect of plant species after artificial vegetation restoration under different recovery periods.We selected dump areas of the Delni Copper Mine in Qinghai Province,China to study the relationship between the shear strength and the peak displacement of the root-soil composite on the slope during the recovery period,and the influence of the root traits and soil physical properties on the shear resistance characteristics of the root-soil composite via in situ direct shear tests.The results indicate that the shear strength and peak displacement of the rooted soil initially decreased and then increased with the increase of the recovery period.The shear strength of the rooted soil and the recovery period exhibited a quadratic function relationship.There is no significant function relationship between the peak displacement and the recovery period.Significant positive correlations(P<0.05)exists between the shear strength of the root-soil composite and the root biomass density,root volume density,and root area ratio,and they show significant linear correlations(P<0.05).There are no significant correlations(P>0.05)between the shear strength of the root-soil composite and the root length density,and the root volume ratio of the coarse roots to the fine roots.A significant negative linear correlation(P<0.05)exists between the peak displacement of the rooted soil and the coarse-grain content,but no significant correlations(P>0.05)with the root traits,other soil physical property indices(the moisture content and dry density of the soil),and slope gradient.The coarse-grain content is the main factor controlling the peak displacement of the rooted soil. 展开更多
关键词 Alpine mine dump Artificial vegetation restoration period Rooted soil Shear resistance characteristics Root traits Soil physical properties
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不同植物对黄土边坡产流产沙与抗剪强度的影响 被引量:6
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作者 何伟鹏 胡夏嵩 +8 位作者 刘昌义 缪晓星 王延秀 付江涛 卢海静 邢光延 赵吉美 杨馥铖 刘亚斌 《水土保持研究》 CSCD 北大核心 2023年第4期18-26,共9页
[目的]探讨不同草本植物对黄土边坡产流产沙与抗剪强度特征的影响,为进一步开展高寒干旱和半干旱地区,有效防治因降雨诱发水土流失、浅层滑坡等地质灾害,提供理论依据和实际指导。[方法]在西宁盆地长岭沟流域自建试验区,选取垂穗披碱草(... [目的]探讨不同草本植物对黄土边坡产流产沙与抗剪强度特征的影响,为进一步开展高寒干旱和半干旱地区,有效防治因降雨诱发水土流失、浅层滑坡等地质灾害,提供理论依据和实际指导。[方法]在西宁盆地长岭沟流域自建试验区,选取垂穗披碱草(Elymus nutans)、老芒麦(Elymus sibiricus)、细茎冰草(Agropyron trachycaulum)3种优势草本植物为试验供试种,开展原位人工模拟降雨试验与室内直剪试验,分析了模拟降雨条件下6种不同类型植物边坡坡面产流产沙及根—土复合体抗剪强度特征。[结果]在模拟降雨条件下,草本植物能显著抑制坡面产流产沙,阶梯形边坡相对直形边坡能显著降低坡面产流产沙,且随着草本生长期增加坡面产流产沙显著降低,生长期为2 a的种植垂穂披碱草阶梯形边坡坡面累积产沙量较垂穂披碱草直形边坡降幅为79.68%,生长期为1 a的种植垂穂披碱草阶梯形边坡平均产沙率较阶梯形未种植裸坡降低幅度最大为86.27%,表明种植垂穂披碱草阶梯形边坡有效抑制坡面的产流能力相对显著;进一步研究表明,降雨使边坡土体平均含水率增大,导致边坡浅层土体黏聚力降低;与直形边坡相比较,模拟降雨后阶梯形边坡黏聚力c值降低幅度较小,其中种植垂穂披碱草阶梯形边坡较降雨前降低幅度为19.25%,表明垂穂披碱草阶梯形边坡其增强边坡土体强度效果相对最显著。[结论]垂穗披碱草阶梯形边坡表现出相对更显著的抑制边坡水土流失和提高边坡浅层土体抗剪强度,起到增强边坡土体稳定性的作用。 展开更多
关键词 黄土区 寒旱环境 植物边坡 产流产沙 抗剪强度 根—土复合体
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基于Bayesian分析的垂穗披碱草根系力学特性估计方法 被引量:1
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作者 付江涛 郭鸿 +3 位作者 李晓康 胡夏嵩 刘昌义 李希来 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第22期112-120,共9页
植物根系力学特性是度量植物根系对土体抗剪强度贡献,评价植物根系提高土壤抗侵蚀性和边坡稳定性的重要指标之一。该研究基于Bayesian分析,选取生长于青海天峻县江仓矿区排土场人工种植的垂穗披碱草(Elymusnutans Griseb.)为研究对象,... 植物根系力学特性是度量植物根系对土体抗剪强度贡献,评价植物根系提高土壤抗侵蚀性和边坡稳定性的重要指标之一。该研究基于Bayesian分析,选取生长于青海天峻县江仓矿区排土场人工种植的垂穗披碱草(Elymusnutans Griseb.)为研究对象,在对其根系力学特性进行测定基础上,以测得的28组根系力学特性的期望值和方差为先验信息,以第29组根系力学特性测定值为样本信息,建立了用于计算该区域垂穗披碱草根系力学特性的正态-逆伽马后验分布,并分别计算了先验分布的超参数以及后验分布中的分布参数。研究结果表明,先验信息中,除极限拉伸应变外,其余指标均值的期望值变异性均较小且各指标的均值均服从正态分布,方差的倒数则满足伽马分布,而各指标的样本分布满足正态分布,故可通过正态-逆伽马分布对区内垂穗披碱草根系力学特性的后验分布进行描述;后验信息概率密度曲线与样本信息概率密度曲线几何形状较为相似,该结果说明后验信息更倾向于样本信息,且得到的结果亦可由柯尔莫哥洛夫-斯米洛夫检验予以佐证。此外,样本数量与先验信息离散度决定了先验均值和样本均值在决定后验均值时所占的权重。在其他条件不变的情况下,样本数量越大则样本所占权重越大。该研究可为准确计算植物根系力学特性提供思路和研究方法。 展开更多
关键词 力学特性 正态分布 根系 贝叶斯分析 后验信息 先验信息
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恢复年限对高寒金属矿山排土场植物多样性和土壤化学特性的影响 被引量:2
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作者 庞景豪 梁燊 +7 位作者 刘亚斌 李国荣 朱海丽 胡夏嵩 史兴萍 尚卿 缪晓星 王延秀 《水土保持通报》 CSCD 北大核心 2023年第4期110-120,共11页
[目的]研究恢复年限对高寒金属矿山排土场植物多样性和土壤化学特性的影响,为深入探讨高寒矿山排土场植物演替趋势,优化高寒矿山排土场植物恢复工艺方法提供科学指导。[方法]以青海省果洛藏族自治州德尔尼铜矿恢复期为1~12 a范围内的10... [目的]研究恢复年限对高寒金属矿山排土场植物多样性和土壤化学特性的影响,为深入探讨高寒矿山排土场植物演替趋势,优化高寒矿山排土场植物恢复工艺方法提供科学指导。[方法]以青海省果洛藏族自治州德尔尼铜矿恢复期为1~12 a范围内的10个矿山排土场边坡为研究对象,通过样方法调查排土场植物物种组成和多样性特性,并进一步调查土壤化学特性,明确了排土场Patrick丰富度指数等4个α植物多样性指数以及全氮等8个土壤化学特性指标与恢复年限的关系。[结果]随着恢复年限的增大,天然植物不断侵入,排土场植物的科、属、种数呈现出逐渐增加的趋势,各年限排土场物种组成和群落特征存在一定的差异性。排土场Patrick丰富度指数随着恢复年限的增大呈幂函数增长趋势;Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数随着恢复年限增大呈先增大后减小趋势,且均符合二次函数关系。随着排土场恢复年限的增大,土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮和速效磷含量均呈先增大后减小趋势;速效钾和有机质含量呈幂函数增长趋势;pH值呈逐渐降低趋势。排土场植物4个多样性指数与土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效钾和有机质含量呈不同程度的正相关关系,而与速效磷和pH值呈负相关关系。[结论]恢复期为12 a时,试验区排土场植物仍处于演替发展阶段,未达到稳定状态;排土场植物演替和土壤养分之间存在明显的相互作用;建议矿区排土场植物恢复选用高氮高磷低钾型缓释复合肥。 展开更多
关键词 高寒金属矿山 排土场 人工恢复植物 植物多样性指数 土壤化学特性 植物演替
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基于CSLE模型的黄河上游龙羊峡至积石峡段流域土壤侵蚀评价 被引量:2
8
作者 吕伟涛 胡夏嵩 +5 位作者 刘昌义 付江涛 邢光延 赵吉美 何伟鹏 杨馥铖 《水土保持研究》 CSCD 北大核心 2023年第6期11-23,共13页
[目的]研究黄河上游龙羊峡至积石峡段流域2017—2021年土壤侵蚀特征,揭示区内植被在防治土壤侵蚀中的贡献,进而为黄河上游流域开展植被水土保持与生态安全保护的合理实施提供科技支撑。[方法]以位于黄河上游的龙羊峡至积石峡段流域为研... [目的]研究黄河上游龙羊峡至积石峡段流域2017—2021年土壤侵蚀特征,揭示区内植被在防治土壤侵蚀中的贡献,进而为黄河上游流域开展植被水土保持与生态安全保护的合理实施提供科技支撑。[方法]以位于黄河上游的龙羊峡至积石峡段流域为研究区,基于CSLE模型分别以空间插值法和地图代数法,探讨了区内土壤侵蚀、各年份植被覆盖度空间分布,以及植被覆盖度时空变化空间分布特征;在此基础上,分析了区内植被有效防治土壤侵蚀过程中的减蚀作用。[结果]区内2017—2021年黄河上游龙羊峡至积石峡段流域土壤侵蚀以微度和轻度侵蚀作用为主,5个不同年份其平均土壤侵蚀模数分别为21.329,55.518,23.394,21.490,21.650 t/(km^(2)·a)。[结论]2017—2021年区内发生中度和强度侵蚀区域主要集中在极低植被覆盖度区,其中微度侵蚀区域的植被覆盖度普遍较高,结果表明区内植被能有效减少土壤侵蚀现象的发生。 展开更多
关键词 黄河上游 土壤侵蚀 地图代数 空间插值 植被覆盖度 时空变化
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青藏高原东北部黄土区灌木柠条锦鸡儿单根抗拉力学特性研究 被引量:1
9
作者 石川 梁燊 +5 位作者 刘亚斌 朱海丽 李国荣 胡夏嵩 缪晓星 王延秀 《水土保持研究》 CSCD 北大核心 2023年第5期184-192,共9页
[目的]柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii Kom.)是青藏高原东北部和黄土高原地区最为广泛的护坡和水土保持灌木之一,开展该种植物单根抗拉力学特性试验研究,为定量评价该种植物固土护坡效果提供理论依据。[方法]以根径为2.33~9.16 mm的... [目的]柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii Kom.)是青藏高原东北部和黄土高原地区最为广泛的护坡和水土保持灌木之一,开展该种植物单根抗拉力学特性试验研究,为定量评价该种植物固土护坡效果提供理论依据。[方法]以根径为2.33~9.16 mm的中龄期柠条锦鸡儿根系为研究对象,通过单根拉伸试验对比分析了不同断裂模式和不同根径级别条件下,柠条锦鸡儿单根抗拉力学特性的差异性及其与根径之间的关系,并进一步探讨了单根断裂破坏模式及其应力—应变特征。[结果]柠条锦鸡儿单根存在周皮断裂和整体断裂2种断裂模式,2种断裂模式单根抗拉力和单根抗拉强度分别在(2,4],(4,6]和(6,8]mm以及(6,8]mm根径级别条件下存在显著性差异;相同断裂模式不同根径级别之间,4个单根抗拉力学特性指标差异程度各不相同。周皮断裂和整体断裂模式条件下,单根抗拉力随着根径的增大分别呈指数函数和幂函数增长趋势;单根抗拉强度、弹性模量和极限延伸率随着根径增大而降低。2种断裂模式的产生取决于单根受拉伸作用时,周皮、中柱鞘薄壁组织和次生维管组织的应力状态;对应的单根应力—应变曲线表现为弹性变形、弹塑性变形、应变硬化及周皮(断裂)破坏4个阶段。[结论]在采用单根拉伸试验来获取木本植物根系单根抗拉力学特性指标时,有必要考虑根径和断裂模式对单根抗拉力学特性的影响。 展开更多
关键词 青藏高原东北部 柠条锦鸡儿 单根拉伸试验 力学特性 断裂模式 应力—应变特征
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青藏高原东北部黄土区灌木柠条锦鸡儿根—土界面剪切特性 被引量:1
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作者 石川 刘亚斌 +5 位作者 朱海丽 梁燊 薛立夫 王舒 胡夏嵩 李国荣 《水土保持通报》 CSCD 北大核心 2023年第1期69-77,共9页
[目的]分析不同因素对根—土界面抗剪强度指标和抗剪强度的影响,为深入探讨青藏高原东北部黄土区灌木根系固土护坡机制提供理论依据。[方法]以区内优势灌木植物柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)为研究对象,通过根—土界面直剪试验,分... [目的]分析不同因素对根—土界面抗剪强度指标和抗剪强度的影响,为深入探讨青藏高原东北部黄土区灌木根系固土护坡机制提供理论依据。[方法]以区内优势灌木植物柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)为研究对象,通过根—土界面直剪试验,分析根径级别为2.20±1.00~32.00±1.80 mm以及土体含水量、干密度和含盐量分别为6.00%~22.00%,1.20~1.60 g/cm^(3),0.59%~2.50%的条件下,各因素对柠条锦鸡儿根—土界面抗剪强度指标和抗剪强度的影响规律。[结果]在其他影响因素恒定的情况下,根径对根—土界面抗剪强度指标和抗剪强度无显著影响(p>0.05)。随着土体含水量由6.00%增大到22.00%,根—土界面黏聚力呈先增大后减小的趋势,当土体含水量达到14.00%时黏聚力达到峰值6.74 kPa;根—土界面摩擦角由21.40°降低至15.75°,呈线性函数降低趋势;根—土界面抗剪强度呈线性函数降低趋势。随着土体干密度由1.20 g/cm^(3)增长至1.60 g/cm^(3),根—土界面黏聚力由5.70 kPa增大至6.85 kPa,呈指数函数增长趋势;根—土界面摩擦角由20.67°增大至21.67°,呈线性函数增长趋势;根—土界面抗剪强度呈线性函数增大趋势。随着土体含盐量由0.59%增大至2.50%,根—土界面黏聚力由6.71 kPa增大至7.31 kPa,呈线性函数增长趋势;根—土界面摩擦角无显著变化(p>0.05);根—土界面抗剪强度呈线性函数增长趋势。通过灰色关联分析可知,土体干密度对根—土界面黏聚力、摩擦角和抗剪强度的影响程度最大。[结论]土体含水量、干密度和含盐量均能够影响根—土界面抗剪切特性,但影响程度存在差异;在评价植物根系对黄土斜(边)坡浅层土体的防护效果时,必须充分考虑降雨入渗对根—土界面剪切特性的影响。 展开更多
关键词 灌木 柠条锦鸡儿 根系 黄土状盐渍土 根—土界面 抗剪强度指标
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青藏高原东北部黄土区柠条锦鸡儿根系的锚固效应
11
作者 刘亚斌 梁燊 +4 位作者 石川 王舒 胡夏嵩 李国荣 朱海丽 《中国地质灾害与防治学报》 CSCD 2023年第5期107-116,共10页
柠条锦鸡儿是青藏高原东北部黄土区主要的护坡和水土保持灌木,然而对该灌木根系锚固作用机理及其固土护坡效应方面仍缺乏系统性认识。鉴于此,该项研究在阐明柠条锦鸡儿根系锚固机理的基础上,提出了根系对黄土斜(边)坡浅层土体稳定性贡... 柠条锦鸡儿是青藏高原东北部黄土区主要的护坡和水土保持灌木,然而对该灌木根系锚固作用机理及其固土护坡效应方面仍缺乏系统性认识。鉴于此,该项研究在阐明柠条锦鸡儿根系锚固机理的基础上,提出了根系对黄土斜(边)坡浅层土体稳定性贡献计算模型。在此基础上,以研究区内生长期为11 a的柠条锦鸡儿为主要研究对象,通过现场根系挖掘试验、原位拉拔试验和理论分析,明确了假定滑动面条件下根系锚固力取值,并进一步定量评价了柠条锦鸡儿根系对黄土浅层滑坡稳定性的增强作用。结果表明:由于根系在地表没有“锚头”结构,故在确定滑动面几何特征的情况下,柠条锦鸡儿根系所能提供的实际锚固力大小取滑动面以下锚固段根系最大抗拔出力和滑动面以上根系锚固反力之间的最小值较为合理;生长期为11 a的单株柠条锦鸡儿根系锚固于最大厚度为2 m的圆弧形滑动面不同条块上时,潜在滑动面稳定性系数增幅为0.018%~0.427%,当单株根系锚固力作用于潜在滑动面中上部条块时,潜在滑动面稳定性系数相对高于根系锚固力作用于最顶部和下部条块;当4株柠条锦鸡儿根系以2块条块的间距(约3 m)作用于潜在滑动面时,潜在滑动面稳定性系数可提高1.035%~1.111%,显著高于(P<0.05,ANOVA)单株根系作用时的稳定性系数。试验株根系锚固作用能够提高降雨入渗条件下黄土斜(边)坡浅层土体稳定性,但是作用效果有限。 展开更多
关键词 黄土斜(边)坡 浅层滑坡 垂直根型灌木 柠条锦鸡儿 锚固机理 稳定性系数
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西宁盆地黄土区典型草本植物单根抗拉力学特性试验 被引量:36
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作者 刘亚斌 李淑霞 +2 位作者 余冬梅 胡夏嵩 杨幼清 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第15期157-166,共10页
为进一步探讨西宁盆地黄土区草本植物根系固土护坡力学效应,该项研究以种植于西宁盆地自建试验区生长期为150 d的垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)、细茎冰草(Agropyron trachycaulum Linn.Gaertn.)及紫花苜蓿(Medicago sativa L.)3... 为进一步探讨西宁盆地黄土区草本植物根系固土护坡力学效应,该项研究以种植于西宁盆地自建试验区生长期为150 d的垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)、细茎冰草(Agropyron trachycaulum Linn.Gaertn.)及紫花苜蓿(Medicago sativa L.)3种草本植物作为试验供试种,通过单根拉伸试验对比分析了3种草本植物在不同根径级别条件下,单根抗拉力、单根抗拉强度以及单根极限延伸率的差异性及其与根径之间的关系,同时进一步分析了3种草本植物单根在拉伸过程中表现出的应力-应变特征。试验结果表明:3种草本植物根径在(0.10,0.20]、(0.20,0.30]、(0.30,0.40]、(0.40,0.50]及(0.50,0.60]mm 5个根径级别条件下,紫花苜蓿单根抗拉力和单根抗拉强度较垂穗披碱草平均高1.32倍、1.30倍,较细茎冰草平均高1.26倍、1.31倍;垂穗披碱草单根极限延伸率较细茎冰草和紫花苜蓿平均高1.13倍和2.16倍。进一步研究表明,在根径为0.10~0.60 mm条件下,3种草本植物单根抗拉力和单根抗拉强度随着根径的增加,分别呈幂函数增长和幂函数降低关系;3种草本植物单根极限延伸率随着根径的增加呈逐渐增大变化趋势。单根拉伸试验过程中,3种草本植物单根应力-应变关系曲线表现出弹性变形、弹塑性变形、应变硬化及断裂破坏4个阶段,其中垂穗披碱草和细茎冰草的应力-应变关系曲线具有双峰值现象。研究结果表明,紫花苜蓿根系增强边坡土体抗剪强度的作用相对较为显著,其次为细茎冰草和垂穗披碱草。该项研究成果对于科学有效防治研究区高寒干旱环境条件下,坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害现象的发生,具有理论研究价值和实际指导意义。 展开更多
关键词 力学特性 应力 应变 植被 西宁盆地 寒旱环境 草本植物 单根拉伸试验
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黄河源高寒草甸高原鼠兔土丘的土壤风力侵蚀规律 被引量:10
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作者 李国荣 李希来 +6 位作者 李进芳 朱海丽 陈文婷 赵健赟 胡夏嵩 崔云鹏 李存良 《水土保持学报》 CSCD 北大核心 2019年第2期110-114,168,共6页
为阐明高寒草甸退化区土壤风力侵蚀作用及土壤流失规律,以青海省河南县退化高寒草甸高原鼠兔土丘为研究对象,通过开展野外人工模拟风蚀试验,对不同风速下鼠丘土壤流失量及其养分流失规律进行分析和讨论。结果表明:(1)风蚀作用下土壤流... 为阐明高寒草甸退化区土壤风力侵蚀作用及土壤流失规律,以青海省河南县退化高寒草甸高原鼠兔土丘为研究对象,通过开展野外人工模拟风蚀试验,对不同风速下鼠丘土壤流失量及其养分流失规律进行分析和讨论。结果表明:(1)风蚀作用下土壤流失量均呈先快后慢的变化规律,风速从6.0 m/s逐步增加到12.0 m/s时,土壤流失量增长约6.3倍。(2)风蚀过程中鼠丘高度和直径随风蚀时间的变化较明显,其变化速率与土壤流失速率相对应,且风蚀促进土壤水分的蒸发速率,从而促进鼠丘的土壤可蚀量。(3)鼠丘土壤养分随风速和土壤流失量的增大而增大,即养分流失规律与土壤流失量的变化规律相同,其中土壤有机质、全钾、速效钾和碱解氮的流失量相对较大。研究结果表明风力侵蚀是加剧退化高寒草甸高原鼠兔爆发区土壤流失和养分贫瘠的重要因素之一。 展开更多
关键词 高寒草甸 高原鼠兔土丘 风力侵蚀 土壤流失 养分含量
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青海柴达木盆地盐湖区5种盐生植物根-土复合体抗剪强度影响因素及评价 被引量:8
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作者 余冬梅 祁兆鑫 +4 位作者 刘亚斌 杨幼清 李淑霞 胡夏嵩 付江涛 《水土保持研究》 CSCD 北大核心 2019年第4期157-165,共9页
为探讨高寒干旱环境下盐生植物根—土复合体抗剪强度影响因素以及复合体抗剪强度特征,选取了位于柴达木盆地西北部的尕斯库勒盐湖区作为研究区,筛选出芦苇、海韭菜、无脉苔草、赖草和洽草5种优势盐生植物作为试验供试种,对其进行了室内... 为探讨高寒干旱环境下盐生植物根—土复合体抗剪强度影响因素以及复合体抗剪强度特征,选取了位于柴达木盆地西北部的尕斯库勒盐湖区作为研究区,筛选出芦苇、海韭菜、无脉苔草、赖草和洽草5种优势盐生植物作为试验供试种,对其进行了室内根—土复合体原状试样直剪试验,分析了复合体容重、含水量、根长密度(RLD)、根重密度(RWD)和根面积比(RAR)5种因素对根—土复合体抗剪强度影响;在此基础上,采用灰色关联法进一步评价了上述5种因素对复合体抗剪强度的影响程度,结果表明:盐生植物根—土复合体粘聚力c值、摩擦角φ值与影响因素间的灰色关联度容重为0.740,0.879,含水量为0.698,0.849,根重密度为0.692,0.609,根长密度为0.655,0.519,根面积比为0.631,0.569;5种盐生植物根—土复合体粘聚力c值与5种影响因素容重之间的关系相对较为显著。其中芦苇根系增强土体粘聚力c值作用相对较为显著,其根系在土体中呈近似垂直状分布,故在试样中根系多数穿过剪切面,即当复合体发生剪切变形时,试样中根系基本均能起到抵抗剪切变形作用。该研究成果对研究区及其周边地区有效防治坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害现象发生具有一定理论研究价值和实际指导意义。 展开更多
关键词 柴达木盆地 尕斯库勒盐湖区 盐生植物 根—土复合体 灰色关联法
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黄河源区高寒草地根-土复合体抗剪强度与土壤营养元素分布关系 被引量:14
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作者 刘昌义 胡夏嵩 +1 位作者 李希来 申紫雁 《山地学报》 CSCD 北大核心 2020年第3期349-359,共11页
植物类型及土壤营养元素含量等因素随植物群落演替而发生规律性变化,并影响植物根-土复合体抗剪强度。本文选择黄河源区高寒草地,开展植物根-土复合体直接剪切试验及土壤营养元素含量测试,分析区内不同植物群落根-土复合体抗剪强度与土... 植物类型及土壤营养元素含量等因素随植物群落演替而发生规律性变化,并影响植物根-土复合体抗剪强度。本文选择黄河源区高寒草地,开展植物根-土复合体直接剪切试验及土壤营养元素含量测试,分析区内不同植物群落根-土复合体抗剪强度与土壤营养元素分布之间的关系。结果表明:区内草地沿剖面线方向分布4种植物群落类型,即:高山嵩草-矮嵩草群落、高山嵩草-异针茅-垂穗披碱草群落、青藏苔草+藏嵩草群落和藏嵩草群落;土壤营养元素含量总体表现出由边坡高海拔位置向低海拔位置逐渐增大的变化特征,有机质含量在坡顶相对最小为59.48 g·kg^-1,在坡底最大可达178.13 g·kg^-1,增加值为117.65 g·kg^-1;植物根-土复合体黏聚力c值随边坡海拔降低而逐渐增大,即坡顶位置为21.70 kPa,至一级阶地位置达到最大为34.87 kPa;进一步研究表明,区内根-土复合体抗剪强度与营养元素含量间存在一定程度相关关系,即营养元素含量相对较高位置处其植物根系相对较发达且密集分布,其根-土复合体抗剪强度亦相对较大。研究结果对于科学有效地防治黄河源区高寒草地水土流失、浅层滑坡等现象,具有理论研究价值。 展开更多
关键词 黄河源区 高寒草地 抗剪强度 营养元素 水土流失
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高寒矿区草本植物根系增强排土场边坡土体抗剪强度试验研究 被引量:20
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作者 杨幼清 胡夏嵩 +5 位作者 李希来 王涛 刘昌义 刘亚斌 李淑霞 余冬梅 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期105-113,共9页
为研究草本植物根系对增强高寒地区露天煤矿排土场边坡土体抗剪强度的贡献以及相关因素对边坡土体抗剪强度的影响,以青海境内祁连山北缘江仓露天煤矿排土场为试验区,在排土场边坡组合种植垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)和冷地早熟禾... 为研究草本植物根系对增强高寒地区露天煤矿排土场边坡土体抗剪强度的贡献以及相关因素对边坡土体抗剪强度的影响,以青海境内祁连山北缘江仓露天煤矿排土场为试验区,在排土场边坡组合种植垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)和冷地早熟禾(Poa pratensis L.) 2种草本植物,在边坡3个不同位置处分别制取不含根系素土和根-土复合体试样进行直剪试验,探讨土体物理力学性质以及植物根系数量与根-土复合体抗剪强度之间的关系。结果表明:(1)随着边坡海拔升高,坡面浅层素土和根-土复合体试样的密度和砂粒含量呈显著增加,含水率、粉粒和黏粒含量显著降低;(2)与边坡素土试样抗剪强度相比,坡底、坡中和坡顶位置处根-土复合体抗剪强度增幅分别为4. 09%、18. 92%和0. 69%;(3)在素土和根-土复合体试样中,含水率与黏聚力之间呈显著负相关关系,相关系数分别为-0. 943和-0. 969;土体中砂粒含量与内摩擦角之间呈显著正相关关系,相关系数分别为0. 940和0. 926;(4)坡底至坡顶位置处根-土复合体的黏聚力与素土相比,增幅分别为29. 23%,54. 40%,26. 45%。 展开更多
关键词 高寒地区 排土场边坡 草本植物 根-土复合体 抗剪强度 植物护坡
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高寒矿区软弱基底排土场边坡稳定性数值模拟 被引量:12
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作者 杨幼清 胡夏嵩 +5 位作者 李希来 王涛 刘昌义 刘亚斌 李淑霞 余冬梅 《地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期198-208,共11页
为研究青藏高原东北部高寒地区冻融条件下,软弱基底露天煤矿排土场边坡变形破坏模式和边坡极限堆载高度,本文以青海天峻祁连山北缘江仓露天煤矿排土场作为试验区,采用二维有限元法模拟分析了5种不同堆载高度工况下排土场边坡变形破坏模... 为研究青藏高原东北部高寒地区冻融条件下,软弱基底露天煤矿排土场边坡变形破坏模式和边坡极限堆载高度,本文以青海天峻祁连山北缘江仓露天煤矿排土场作为试验区,采用二维有限元法模拟分析了5种不同堆载高度工况下排土场边坡变形破坏模式,基于折减系数法确定排土场边坡安全系数和稳定性评价。分析结果表明:在容许堆载高度范围内,随着排土场边坡堆载高度的增加,排土场边坡位移量表现出显著增长的变化趋势,其水平方向与垂直方向最大位移量分别为1.631 m和6.320 m,当超过容许堆载高度范围,排土场边坡位移量发生突变,呈显著性降低的变化趋势,其位移量降低幅度为64.27%~102.32%;塑性变形区表现出沿排土场边坡承载基底位置处的草甸型软弱界面,向排土场边坡坡底位置扩展;剪应力在坡底位置处出现应力集中现象,且剪应力集中范围由边坡承载基底向上、向坡体内部扩展且呈连通趋势,其结果形成后缘拉裂、前缘剪切滑移的整体边坡变形破坏模式;排土场边坡安全系数随着堆载高度的增加表现出二次函数降低(R 2=0.9896)的变化规律,当排土场边坡高度为65 m时,则达到边坡设计容许高度,且其安全系数为1.25。本次研究所得到的排土场承载由草甸构成的软弱基底在坡底位置处的变形结果,与野外试验区边坡堆载作用下所形成的实际情况基本吻合。研究结果可为高寒矿区排土场边坡变形破坏科学防治,提高边坡稳定性研究,提供理论支撑依据和实际指导意义。 展开更多
关键词 高寒地区 排土场 软弱基底 数值模拟 安全系数 边坡稳定性 青海省
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黄河源区高寒草地不同深度土壤理化性质与抗剪强度关系研究 被引量:27
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作者 申紫雁 刘昌义 +4 位作者 胡夏嵩 周林虎 许桐 李希来 李国荣 《干旱区研究》 CSCD 北大核心 2021年第2期392-401,共10页
以黄河源区的高寒草地为研究对象,探讨了草地和裸地在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm和40~50 cm 5种不同深度土壤理化性质和根-土复合体抗剪强度特征。研究结果表明:黄河源区的土壤为弱碱性土,且pH值、密度随着土壤深度增加而... 以黄河源区的高寒草地为研究对象,探讨了草地和裸地在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm和40~50 cm 5种不同深度土壤理化性质和根-土复合体抗剪强度特征。研究结果表明:黄河源区的土壤为弱碱性土,且pH值、密度随着土壤深度增加而增大。土壤含水率、有机质随土壤深度的增加表现出减小的变化趋势。与此同时,草地土体粘聚力c值随深度增加而降低,而裸地则表现出随土壤深度的增加而增大的变化特征。由灰色关联法分析结果表明:草地根-土复合体粘聚力c值与速效磷、含根量和有机质的关联度相对较高,分别为0.82、0.82、0.76,裸地土体粘聚力c值则与密度、pH值和土壤颗粒控制粒径d_(60)参数值的关联度相对较高,即分别为0.76、0.74、0.73。研究结果对科学有效防治高寒区因草地退化引起的水土流失、浅层滑坡等灾害现象的发生,具有理论研究价值和现实意义。 展开更多
关键词 黄河源区 高寒草地 根-土复合体 土壤理化性质 抗剪强度
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西宁盆地黄土区荷载条件下植被护坡力学效应 被引量:16
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作者 许桐 刘昌义 +3 位作者 胡夏嵩 徐志闻 申紫雁 余冬梅 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期142-151,共10页
为探讨西宁盆地黄土区边坡在荷载条件下植物根系对边坡稳定性的影响,该项研究以西宁盆地西山长岭沟流域为试验区,在自建边坡上种植草本植物垂穗披碱草(Elymus nutans)和灌木植物柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii),通过在边坡坡顶施加载... 为探讨西宁盆地黄土区边坡在荷载条件下植物根系对边坡稳定性的影响,该项研究以西宁盆地西山长岭沟流域为试验区,在自建边坡上种植草本植物垂穗披碱草(Elymus nutans)和灌木植物柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii),通过在边坡坡顶施加载荷,边坡坡面布设位移计与土压力盒的方式,监测荷载条件下边坡坡面土体位移与土压力变化;在此基础上,对边坡植被根-土复合体开展剪切试验,分析荷载条件下边坡坡面不同位置处根-土复合体抗剪强度及其变化特征。试验结果表明:在坡顶荷载条件下,在边坡相同位置处的根-土复合体粘聚力c值均大于施加载荷前;3种植物边坡的根-土复合体粘聚力c值均大于相同条件的未种植素土边坡;在荷载条件下,组合植被边坡的坡面土体位移量显著小于单一植被边坡和素土边坡,组合植被边坡在竖直和水平方向的位移量与草本植被边坡相比减小1.60~1.77 mm,与灌木植被边坡相比减小3.78和4.11 mm,与素土边坡相比减小7.39和6.29 mm。研究结果对防治高寒半干旱地区坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害,具有参考价值和指导意义。 展开更多
关键词 边坡稳定性 试验 根-土复合体 抗剪强度 荷载 西宁盆地 寒旱环境 位移量
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西宁盆地黄土区草本和灌木组合根系分布特征及其增强土体抗剪强度效应 被引量:25
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作者 刘亚斌 胡夏嵩 +2 位作者 余冬梅 杨幼清 朱海丽 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2020年第3期471-481,共11页
为了研究草本和灌木组合种植条件下根系的护坡力学效应,本试验以种植于西宁盆地自建试验区生长期为1 a的6种草本和灌木组合作为试验供试种,在草本和灌木组合根-土复合体原状试样直剪试验基础上,评价了6种组合根系分布特征及其对边坡土... 为了研究草本和灌木组合种植条件下根系的护坡力学效应,本试验以种植于西宁盆地自建试验区生长期为1 a的6种草本和灌木组合作为试验供试种,在草本和灌木组合根-土复合体原状试样直剪试验基础上,评价了6种组合根系分布特征及其对边坡土体抗剪强度的增强效应。试验结果表明:试验区6种草本和灌木组合根系主要分布在边坡地表以下0~30 cm深度范围内,含根量随着取样深度增加呈线性函数或指数函数降低趋势;6种组合草本与灌木根系质量比随着土体深度增加,呈先降低后增大的变化趋势,且两者间符合二次函数关系;6种草本和灌木组合根-土复合体黏聚力在边坡地表以下0~30 cm深度范围内,较素土黏聚力增幅为2.47%~70.96%,说明草本和灌木组合根系能够起到增强边坡土体黏聚力的作用,其中组合5(紫花苜蓿+垂穗披碱草+碱茅+草地早熟禾+柠条锦鸡儿)对边坡土体黏聚力的增强作用相对较为显著。上述试验成果对于西宁盆地及其周边地区生态恢复和植被护坡工程实施具有一定的实际指导意义和理论研究价值。 展开更多
关键词 西宁盆地 草本和灌木组合 根系分布 根-土复合体 抗剪强度
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