寒旱环境灌木植物根–土相互作用及其护坡力学效应

通过在试验区将4种护坡灌木植物种植在PVC管内,分别对土体、4种灌木根–土复合体试样做直接剪切试验,对比非含根土体与4种灌木含根系土体抗剪强度指标,评价试验区生长时间为1 a灌木根系的护坡力学效应;通过对比4种灌木根–土复合体抗剪强度,评价生长时间为1 a的4种灌木根–土复合体的护坡力学强度增强效应。试验结果表明:(1)4种灌木根–土复合体当其含根量、含水量一定时,抗剪强度随垂直压力的增大而呈线性增大,表明试验区灌木根–土复合体抗剪强度与剪切面上的法向压力成正比,且符合库仑定律;(2)4种灌木根–土复合体的黏聚力显著大于素土的黏聚力,而内摩擦角?的变化不显著;(3)四翅滨藜、柠条锦鸡儿、霸王、白刺灌木根–土复合体的黏聚力与素土相比,其增长幅度分别是76.3%,62.7%,45.8%,22.0%。试验区灌木根–土复合体剪应力与剪切位移关系反映出灌木根–土复合体受剪力作用开始段近似线性,接近剪破时呈圆滑曲线,达到剪破后近似为水平线,灌木根–土复合体剪应力随着垂直压力的增大而呈显著增加趋势;剪应力的增大开始阶段基本呈线性,接近剪破时呈非线性。根据试验区4种灌木植物根–土复合体强度,它们的护坡贡献按由大至小分别是:四翅滨藜、柠条锦鸡儿、霸王、白刺。

灌木柠条锦鸡儿根-黄土状盐渍土界面相互作用力学特性

为了进一步探讨西宁盆地黄土区灌木植物根系固土护坡力学效应,以区内优势灌木植物柠条锦鸡儿为研究对象,开展不同土体密度、含水量、含盐量和根径单因素变化条件下的单根垂直拉拔试验,探讨和分析了上述因素对灌木植物根-土界面相互作用力学特性的影响和作用机理。结果表明:在垂直埋深为25 cm及其他因素恒定的情况下,随着土体密度由1.20 g/cm^(3)增长到1.60 g/cm^(3),单根最大抗拔出力由(28.60±2.83)N增长至(114.33±7.17)N,呈指数函数增长趋势;随着土体含水量由6.00%增长到22.00%,单根最大抗拔出力由(152.80±10.07)N降低至(31.50±5.53)N,呈指数函数降低的变化趋势;随着土体含盐量由0.59%增长至2.00%,单根最大抗拔出力呈现出先增大后减小的变化趋势,在含盐量为1.00%时,单根最大抗拔出力达到峰值(61.20±0.94)N,且二者关系符合二次函数关系;在根径为2.74~9.57 mm范围内,随着单根平均根径的逐渐增大,单根最大抗拔出力由25.20 N线性增长至97.10 N。在此基础上,提出了垂直单根最大抗拔出力计算模型,并指出计算垂直单根最大抗拔出力所需的根-土界面综合黏聚力和综合摩擦角可通过根-土界面直剪试验获得。

植物根系固土护坡机理的研究进展及展望

在综合国内外相关研究成果的基础上,详细介绍了近几年来植物根系固土护坡机理的研究进展。文章分别从水文效应和力学效应2个方面对根系固土护坡机理进行了介绍,并着重从根增强的理论模型、根-土相互作用等方面论述了植物根系固土护坡的力学效应。首先介绍了根增强理论的先驱模型Wu和Waldron模型,文章从多方面论证了Wu和Waldron模型假定穿过剪切面的所有根在受力时同时破坏高估了根的增强作用,详细介绍了国外学者对Wu和Waldron模型改进后,最新提出的2种考虑根系逐渐破坏的力学模型——纤维束增强模型FBM和根束增强模型RBM。FBM模型用动态纤维束来模拟根系的渐进破坏,假设荷载被分配给束中的每个根,当载荷增加到其值超过了某单根的抗拉强度时,该根被拉断,而被该根分担的载荷被重新分配到剩下的完好的根中,直到所有的根都拉断。该模型使用应力控制的加载过程,不能得到完整的力-位移关系曲线;且该模型中没有考虑根的直径分布、几何性质、力学性质等的影响。为了克服上述缺陷Schwarz在FBM模型的基础上,又提出了RBM模型。RBM模型是一个以位移控制加载过程的纤维束模型,该模型考虑整个根束的拔出力是位移的函数,并被表示成单根的拔出力之和。文章最后详细论述了根系的拔出机理,探讨了植物根系固土护坡研究的发展方向。

植物护坡对边坡稳定性作用机理研究综述

在综合国内外植物护坡研究的基础上,对边坡稳定性作用机理进行了详细的介绍:一是从水文效应和力学效应两个方面,对根系固土护坡机理进行了详细介绍,并着重从根-土相互作用、根增强理论模型等方面论述了植物根系固土护坡的力学效应;二是在根增强的理论方面,从根的拔出和根的拔断两个方面分析了根的增强作用;三是从加筋理论和锚固理论两个方面介绍了根系对边坡稳定性的影响,并针对目前的研究现状,提出存在的问题,探讨了植物根系固土护坡研究的发展方向。

香根草根系在公路边坡土体中的分布特征

模拟实际公路边坡坡度和土质条件,制作模型试验箱,并种植了根系发达的生态护坡植物——香根草.通过全断面开挖法,研究了在模型箱中生长了两年的香根草根系在边坡土体中的分布特征.结果表明:在贫瘠土壤条件下,两年生香根草的根系垂直向下生长,最大根长达1m多,其根系生物量沿土层剖面深度呈二项式函数关系减少;根系直径约为0.8~1.4mm,且根径>1mm的根系居多,最粗者可达2.2mm;香根草根系的分布范围随土层深度呈先增大后减小的趋势,其分布规律可以用Gauss曲线来描述;沿土层剖面自上而下,根系密度分布规律服从Logistic曲线关系;香根草的大部分根系偏向坡脚方向生长,坡脚方向生长的根系粗长且密集,而坡顶方向生长的根系则细短且稀疏.以上对根系形态分布规律的研究可为进一步分析植物根系与土体间的相互作用机理、防治边坡水土流失、浅层滑坡等地质灾害提供理论基础.

植被护坡研究进展与展望

在回顾国内外植被护坡发展简史的基础上,总结了植被护坡的功能,详细介绍了植被护坡机理的研究进展。从植物的截留降水、削弱溅蚀和抑制地表径流等方面分析了植被护坡的水文效应,并从植物单根抗拉强度、根-土相互作用、根-土复合体及边坡稳定分析等方面分析了植物护坡的力学效应,最后探讨了植被护坡的发展方向。