荆条根系的固土功能随土壤含水率的变化

【目的】分析原状根土复合体和素土的黏聚力和内摩擦角随土壤含水率的变化规律,探索植物根系破坏方式与土壤含水率的关系,为动态分析降雨过程中边坡稳定性提供理论基础。【方法】选择北方常见灌木种荆条,在降雨后的不同时期,在预先挖好的土壤剖面取得原状根土复合体和素土样本,测定其抗剪强度指标:黏聚力c和内摩擦角φ,并辅以重塑的根土复合体和素土样本作为对比。【结果】1)荆条单根拔出强度随土壤含水率增高呈单峰曲线变化,土壤体积含水率约18%时达到最大值。2)植物根系可以显著提高土壤的抗剪强度,其中原状和重塑根土复合体黏聚力分别比原状和重塑素土高出约15.8 kPa和7.5 kPa,内摩擦角最大高出约3.1°和1.1°。3)根土复合体的黏聚力和内摩擦角与土壤体积含水率大体呈负相关。随着土壤含水率从约13%增高到约40%,原状和重塑的根土复合体样品中的土壤黏聚力的最大增加值分别降至5.9 kPa和2.6 kPa。原状根土复合体内摩擦角最大增加值降至0.1°,重塑土复合体则升至1.8°。【结论】根系可以同时提高土壤的黏聚力和内摩擦角,根系对土壤的加固效果随土壤含水率的升高而大幅度降低。因此建议在降雨较多的地区或季节,植物根系固土护坡能力应该更保守地进行评估。本研究可为土壤含水率在内的根系固土动态模型的建立提供理论依据。