冻融作用对黄河源区曲流河岸土体抗剪特性的影响

河岸带土体的抗剪性能直接影响河岸稳定性,冻融作用对高寒草甸土体的结构和抗剪力学特性的影响直接关系到黄河源区河岸的崩退频率和横向迁移。为探究冻融作用下,黄河源区曲流河岸带含根土体抗剪强度指标的变化规律及其产生机制,通过室内重塑土冻融直剪试验,开展不同含根量和冻融循环次数对土体抗剪强度指标的影响研究。结果表明:(1)植物根系能显著增强土体黏聚力,且随根系含量增加,黏聚力增幅可达2.7%~77.9%;内摩擦角随含根量变化不明显;(2)冻融循环具有削弱土体黏聚力的作用,尤其冻融循环初期。3次冻融循环条件下,黏聚力下降最大,下降幅度达19.0%;随着冻融循环次数增加,其变化基本趋于稳定,内摩擦角则随冻融循环次数增加呈现略微增大的趋势;冻融作用对含根土体抗剪强度指标的影响较素土小,在同等冻融次数条件下,含根试样黏聚力降低幅度较素土试样小。(3)草甸植物根系能够在一定程度阻隔土体温差变化,减缓土体黏聚力下降幅度,且随含根量增加而增强,含根量达到11%时,其对土体黏聚力的削弱作用较素土小4.2%~27.7%。因此,黄河源区河岸带应加强保护滨河草甸植被,最大限度发挥根系增强河岸稳定性作用,保护河流生态。

黄河源区滨河草甸对弯曲河流河道演变的影响

通过对黄河源区弯曲河流的6个河段进行水流特征和边岸植被特征等方面的野外调查研究,分析了河岸植被对弯曲河流河床演变的影响。结果表明:①黄河源区弯曲河流普遍发育于山地草甸和高寒草甸分布区,河岸植被发育良好,河流形态发育良好;②研究区6个试验点的植物种类繁多,以中生、湿中生植物为建群种或优势种,凹岸和凸岸的植被覆盖情况差异明显,凹岸植被生长时间长、植被群落相对稳定、物种多样性指数高、植株平均高度较高,平均覆盖度是凸岸的1.5～2.0倍;③凹岸草甸植被的淘刷主要发生在每年7—8月的洪水期,植被根系层下部因淘刷临空而坍塌形成护岸,从而减小了凹岸河湾演变速度;④发育良好的河岸植被不仅减轻了河岸侵蚀程度,而且提高了河岸土体的机械强度,有利于保持河湾形态的相对稳定性。

黄河源草甸型弯曲河流的悬臂式崩岸机制

弯曲河流的滨河草甸对抑制河岸崩塌和维持河湾蜿蜒具有重要作用。2011—2014年,在黄河源区兰木错曲的弯曲河段对河岸植被根系、崩塌块几何尺寸、根土复合体物理和力学特性等开展野外调查,并通过原位拉拔试验测定河岸崩塌面植被根系抗拉强度,进而分析草甸型弯曲河道的崩岸机制。草甸型弯曲河流的滨河植被根系网络具有较强缠绕和固结土体作用,河岸根系的力学特性是抑制凹岸崩岸的关键因子。近岸水流淘刷作用集中于根系作用范围以下的砂卵石层,当砂卵石层被淘刷至上部悬空,在自重作用下达到临界状况,河岸沿纵深方向出现贯穿性裂缝,最后崩塌块垮塌贴住河岸。崩块的破坏形式以悬臂式张拉破坏为主。崩塌块的植被根系长度与崩塌块厚度呈明显对数函数关系,其体积也随根系长度增大而增加。分析草甸型弯曲河流的新崩岸模式,建立了近岸根土复合体崩岸的临界力矩平衡方程,并简化得到崩塌块的临界宽度表达式。崩塌块体的临界宽度是崩塌块根系长度和根系产生的抗拉强度增量的函数,临界宽度的计算值与实测值较为符合。