黄土高原刺槐和侧柏根系固坡的有限元数值模拟

为探讨黄土高原主要造林树种刺槐和侧柏根系对土质边坡稳定性的作用,该文以刺槐(Robinia pseudoacacia)和侧柏(Platycladus orientalis)为例,应用有限元数值模拟法构建二维造林边坡稳定性分析模型,研究林木根系的空间异质性对水平阶整地坡和对照自然坡稳定性的影响。研究发现:1)无论是否经过整地处理,造林都可以提高边坡的稳定性,且刺槐根系的固土效果优于侧柏根系(P<0.001);2)在不考虑水文过程的前提下,水平阶整地模式的人工林边坡稳定性优于对照自然坡;3)当根系表观附加黏聚力增加到某一阈值后,造林边坡的安全系数进入平稳阶段不再大幅上升,说明边坡稳定性模型对根系附加黏聚力计算法的精度并不敏感,揭示了根系固坡领域的研究重点应从过去的试图提高根系附加黏聚力的计算精度转变为提高评价造林边坡稳定性的准确性;4)根系附加黏聚力随坡位的变化而变化,两树种没有明显的规律,但安全系数均表现出较敏感于坡下位根系,建议在林分经营管理中充分利用坡下位林木的固土效益。该研究成果可为黄土高原地区浅表层滑坡灾害的防治工作提供理论依据。

重庆缙云山3种典型倒伏树木根土盘特征

根土盘是边坡林木力学分析建模和了解林木倒伏力学机制的重要模块。为实现基于植株地上部分易观测指标对根土盘几何参数的预测,以及分析根土盘形态特征的主要影响因子,对缙云山林地倒伏树木进行野外调查,统计杉木、润楠、大头茶的树高、冠高、冠幅、根土盘的迎风半径、背风半径、横向直径、根土盘深度、根系数量、地形坡度等指标,并对3种植物的根土盘根系抗拉强度进行测定,最终对调查数据进行统计拟合以及PCA分析。结果表明:1)大头茶具有最大的横向直径与最小的根土盘深度且表层根系数量多于杉木和润楠,根土盘整体呈宽浅圆盘状;杉木具有最小的横向直径与最大的根土盘深度且深层根系数量多于大头茶和润楠,根土盘整体呈窄深圆柱状;2)3种树木根土盘的横向直径、迎风半径、背风半径与胸径均呈较强的正相关关系(R^(2)>0.452),根土盘深度与胸径的相关性则较弱(R^(2)<0.047);3)PCA分析结果显示根土盘横向直径与根系数量和地形坡度呈较强正相关关系,根土盘深度与冠幅、冠高比呈较强正相关关系。综合得出:通过胸径可以对横向直径、迎风半径、背风半径这些指标进行相对比较好的预测,对根土盘深度的预测则较差;倒伏株的根土盘形态主要受根土盘根系数量、冠高比等决定,较多的根系数量和较大的地形坡度导致更大的根土盘横向直径,冠高、冠幅比较大的树木,导致更大的根土盘深度。