干旱半干旱区岩质边坡生态基材防护特性与优化配比

为修复干旱半干旱区岩质边坡的生态系统,获得生态护坡基材的优化配比,以一种新型生态基材为研究对象,以黏结剂、木纤维、保水剂为3个因素,各取3个水平,开展多指标多因素正交试验探索各因素和水平对基材性能的影响规律。结果表明:黏结剂可以有效提升基材的强度和水稳性能,与适量水分作用可以发挥最优效能。随其掺量的增加,抗剪强度表现为先增加后减小,渗透系数和崩解量均表现为减小;施用较少剂量的保水剂即可对基材的渗透、持水性能产生较大的影响,有效提高基材固持自然降水的能力;木纤维与黏结剂的相互作用,可以促进其对基材的加筋补强和改善土壤构型效能的发挥,增强基材的抗冲抗剪性能。除渗透系数随木纤维掺量的增加而增加外,其他指标均呈先增大后减小的趋势。由极差分析可得,各因素对基材性能的影响程度表现为黏结剂>木纤维>保水剂,获得基材的最优配比为黏结剂3%,木纤维4%,保水剂0.1%,最优含水率为16%。

根系影响下粗糙土-岩接触面剪切损伤模型研究

合理描述根系和岩面粗糙度影响下土-岩接触面的剪切行为是开展土岩混合边坡稳定评价的关键。基于Weibull分布并考虑含根率、粗糙度的影响建立了土-岩接触面剪切统计损伤模型。根据试验结果,确定了含根率、粗糙度对接触面剪切刚度的影响函数及模型参数,并验证了模型的可行性;进一步,探讨了含根率、粗糙度和模型参数m、w 0对接触面剪切变形和损伤演化的影响。研究表明:根系与粗糙度均能抑制接触面损伤发展从而提高接触面强度;提出的损伤模型能较好地描述根系和粗糙度影响下土-岩接触面剪切损伤演化和剪切力学特性。研究成果可为土-岩接触面剪切性能分析及土岩混合边坡稳定评价提供理论参考。

石漠化边坡及其植被板槽的地下渗漏一体化综合观测技术及应用模拟

【目的】表土贫瘠的石漠化边坡的地表和地下水土流失严重,限制了该地区的植被恢复,其水土保持生态防护是目前绿色公路建设的热点问题。【方法】结合广西贺巴高速来都段石漠化边坡应用梯级植被板槽进行水土保持的工程需求,研发了石漠化边坡地下渗漏的一体化综合观测技术,并利用数值分析软件,分别对该石漠化边坡及其植被板槽水土流失一体化综合观测的概化模型,进行应用性的数值试验模拟观测和分析。【结果】数值试验结果表明:石漠化边坡在仅覆盖一层薄土层时,总地下渗漏量达到65%以上,随着岩溶裂隙率和裂隙倾角的增加,基岩裂隙渗漏量占比增加,表层岩溶带渗漏量占比减小;在石漠化边坡上设置集约化填土的植被板槽措施后,在不考虑板槽底的防渗漏材料时,总地下渗漏量占比变成40%左右,与仅覆盖一层薄土的石漠化边坡相比地下渗漏占比降低25%以上。石漠化边坡上植被板槽的蓄水效率随植被覆盖度的增加而增加;坡度的增加会造成裸露边坡的地下渗漏量增加,因此必须加强石漠化边坡集雨面功能的建设和坡面降雨径流收集。【结论】研究成果可为石漠化边坡植被板槽水土保持生态防护措施的现场研究和工程应用提供理论依据。

延安地区黄土挖方边坡冲蚀演化研究

研究目的:为研究黄土挖方边坡冲蚀演化过程及其规律,为复合型生态防护提供可靠依据,本文基于对延安地区黄土边坡冲蚀演化的长期观测调查,进行坡面冲蚀形态测量、冲蚀量统计,并利用颗粒流模型,分析降雨、植被等主要因素与黄土挖方边坡冲蚀破坏演化过程间的耦合互馈关系。研究结论:(1)黄土挖方边坡坡面冲蚀演化有明显的阶段性,即表层侵蚀阶段、细沟阶段、坑槽阶段和冲沟阶段;(2)黄土边坡冲蚀演化各阶段既有各自阶段明显的特征,又相互制约和影响,总体呈加速扩展的趋势;(3)降雨与冲蚀量具有显著正相关性,是影响黄土边坡冲蚀破坏的关键因素,且延安地区黄土边坡冲蚀破坏和水土流失问题具有典型的季节性;(4)植被能有效改善土体的抗冲蚀性能,在边坡冲蚀演化各阶段,特别是在冲蚀演化初期,能有效减少冲蚀量;(5)本研究成果可为西北黄土边坡生态防护技术提供指导。

引江济淮工程膨胀土地段渠坡生态处治技术

围绕引江济淮工程膨胀土地段河渠边坡水泥改性土换填层易碱化板结、植物难以生长和局部弱膨胀土渠坡的简化处理等工程实际问题,以生态优先、技术创新为原则,采用现场试验、室内单元体测试和数值分析等手段,开展系统的研究工作。研发一种改善水泥改性土种植效果的生态基材,提出一种新型膨胀土双层护坡结构,并研究提出根据实际土层膨胀特性和含水状态进行弱膨胀土边坡的处理原则。现场中试和运用效果表明:研发的生态基材能适应水泥改性土的种植需要,使边坡实现良好的绿化效果,双层护坡结构较好地实现了膨胀土边坡防止降雨入渗和水分蒸发的双重防护要求;同时,还可利用砂土层的压重效果,抑制土层的膨胀变形。研究成果为引江济淮的工程设计和后期运行管理提供了技术支撑,同时,也为膨胀土地段渠坡生态处治探寻了新的方向。

鄱阳湖泗洲头湿地土壤粒度组成及其对有机碳的影响

为探究土壤质地对天然湿地土壤有机碳含量的影响,以鄱阳湖泗洲头湿地为研究对象,利用激光粒度分析仪测定苔草(Carex cinerascens)、南荻(Triarrhena lutarioriparia)、芦苇(Phragmites australis)、荻(Miscanthus sacchariflorus)和狗牙根(Cynodon dactylon)5种优势植被下的表层(0~20 cm)和下层(20~40 cm)土壤粒度组成,采用Folk-Ward公式计算土壤粒度参数,分析土壤粒度分布特征,利用结构方程模型(structural equation model,SEM)和Pearson相关性探讨土壤粒度组成与土壤有机碳的关系。结果表明,鄱阳湖泗洲头湿地土壤质地以粉黏土和砂壤土为主,分选性较差。粉黏土质地组成主要以粉粒(67.76%~79.28%)为主,平均粒径(Mz)为6.91Φ,粒度频率曲线为双峰或三峰分布;砂壤土质地组成主要以细砂(32.90%~56.55%)为主,Mz为3.00Φ,粒度频率曲线为单峰分布。粉黏土土壤有机碳含量为(10.52±3.86)g/kg,显著高于砂壤土土壤有机碳含量((1.67±1.66)g/kg)。土壤质地对土壤有机碳含量具有直接影响,黏粒、粉粒和砂粒均是影响土壤有机碳含量的重要影响因子。研究区黏粒与粉粒对土壤有机碳的固持能力显著高于砂粒,因此,对鄱阳湖湿地进行保护时应重视土壤质地对固碳的影响。

引江济淮工程安徽段生态岸坡防护结构形式综述

运河工程沿线渠道开挖将产生大面积的人工创面,采用生态岸坡防护工程对创面修复有积极作用。以引江济淮工程安徽段岸坡防护工程为研究对象,基于设计资料和现场调研梳理了引江济淮工程安徽段生态岸坡防护结构使用情况。结果表明:引江济淮工程生态结构选型主要受地质条件及特征水位影响,土质岸坡常水位以上采用30%孔隙率的混凝土预制块体结构,枯水位局部河段试验性采用带有鱼巢功能的水下矩阵块体结构。膨胀土区域采用大框格预制块体结构及柔性水位保持毯材料,孔隙率分别为79%和95%,使用区域均位于最高洪水位以上。

基于高陡岩质边坡生态防护新方法的物理模型试验研究

保证客土基材在坡体上稳定是边坡进行绿化的前提条件。基于现有生态边坡防护技术,提出一种高陡岩质边坡生态防护新方法。为验证该防护方法可行性,进行室内物理模型尺度试验。试验表明:①无防护方式下客土基材层随尺度模型斜板倾角均匀增加,客土基材层将沿尺度模型斜板表面产生堆积式滑动破坏,破坏启动角为44°;②在客土基材顶层放置土工格栅固土结构时,土工格栅对客土基材层起一定约束作用。当存在底层筋材固土结构时,客土基材层与土工格栅及尺度模型斜板面之间摩擦力增大,使得客土基材层破坏倾角增加,破坏倾角52°~53°,客土基材层破环模式与无防护方式条件下保持一致;③带横隔挡底层筋材固土结构防护方式下因横隔挡对客土基材层起承托作用,随尺度模型斜板倾角增加客土基材层发生失稳破坏后堆积于横隔挡面,横隔挡分担剩余下滑力保证了客土基材在岩质边坡面的整体稳定性,破坏启动角为57°;④带横隔挡双层筋材固土结构防护方式下因客土基材层被土工格栅结构包裹起来,客土基材层破坏模式呈堆积于横隔挡与客土基材表层土工格栅被客土基材挤压鼓起的双重破坏模式,破坏倾角增加至76°。

公路沿线全土质边坡生态防护质量评价方法研究

边坡的生态防护处治具有工程、生态、景观等多重价值,为了实现对边坡生态防护工程的精准评价,以全土质边坡为研究对象,在全面、准确地遴选出适用于全土质边坡质量评价指标的基础上,采用熵权法建立了质量评价量化模型,并以某省道沿线全土质边坡为案例,阐述了量化模型的建立及应用过程,为边坡生态防护工程的质量评价标准形成提供了一定的参考。

生态护坡理论及技术研究现状综述

为了更好地保护生态环境以及为未来研究提供研究基础及方向,通过查阅收集文献资料,分析和阐述了生态护坡技术国内外研究现状、生态护坡技术的理论和影响因素,将工程扰动区常用边坡生态修复技术分为喷播类、组合结构类、刻槽钻孔类、生态挡墙类四类,并对四类生态护坡关键技术的发展现状、特点和适用范围进行了重点综述与分析。并从以下四方面提出展望,即从特殊环境下生境基材配置研发及植物合理选择、优化边坡支护工艺、完善生态护坡方面的技术规范和理论建设、建立科学的施工养护管理体系和有效的护坡工程评价机制提出展望。该研究为生态护坡理论及技术研究提供了理论基础和实施方向。

高寒高海拔地区岩质陡边坡JYC生态基材护坡技术

针对川西高寒高海拔地区的气候特征和生态环境,提出川西高寒地区生态护坡的植被配置模式;通过一系列室内外试验,成功地研发一种适宜于高寒地区岩质陡边坡植被恢复的新型JYC生态基材;利用正交试验,研究生态基材的组分构成和配比,并重点分析生态基材各组分与草种生长的耦合关系。3年多的现场护坡试验表明:JYC生态基材具有良好的黏结性能,与锚杆、铁丝网和植物根系组成复合的生态–工程结构,并与岩质陡边坡形成一个有机整体,确保基材自身和边坡浅表层的稳定。经过反复的雨水冲刷和严寒考验,基材流失量极少、无垮塌现象,证明JYC生态基材具有较好的耐旱抗冻性和抗侵蚀性。现场取样测试表明:JYC生态基材的养分含量较高,全氮含量大于0.2%、有效磷含量大于20 mg/kg、有效钾含量大于200 mg/kg,有机质含量大于5%,属于肥力较强的基质,能够持续提供给植物生长10 a以上的养分。掺入高分子材料和磁性肥料的JYC生态基材护坡技术比喷锚支护、喷混植生等边坡防护方法更加环保、经济,是高寒高海拔地区岩质陡边坡植被防护技术发展的方向。

河道生态护坡关键技术及其生态功能

在上海4个生态河道示范区,开展了以生态修复和河岸侵蚀控制为目标的河道生态护坡技术研究。在不同河段分别采用了土壤生物工程护坡、全系列生态护坡以及复合式生物稳定等三类生态护坡技术。护坡工程完成后,以浦东新区机场镇生态河道示范区为重点,对主要护坡工程进行持续3a（2004~2006年）的生态监测,从坡岸的结构稳定性和生态稳定性两方面对护坡工程进行生态功能研究。3a来,护坡植物生长良好,新生枝叶和根系的护坡作用明显,土壤抗剪强度明显增加,河岸土壤侵蚀得到有效控制,坡岸的结构稳定性增强;同时河岸生境得到改善,本地植物快速恢复,生物多样性增加,河岸植物群落结构由单一结构向复杂结构转变,生态稳定性逐渐增强。

生态防护工程对高速公路边坡土壤保持效率的影响

研究了郑州市西南绕城高速公路边坡发生土壤流失的规律及不同生态防护工程的影响.结果表明,在植被覆盖度相同时(90%,70%,50%,30%,10%),不同生态防护工程(小拱架,方形网,无生态防护)下的边坡土壤流失量和流失速率各不相同.提出了土壤保持效率的概念和计算方法,建立了3种类型边坡土壤流失量与降雨量,土壤流失速率与降雨强度关系模型,得出3种边坡防护类型土壤流失量与降雨量,土壤流失速率与降雨强度呈较好的幂函数关系;当植被覆盖度为50%～55% 时,小拱架、方形网生态防护工程土壤保持效率达到最大值,小拱架生态防护土壤保持效率平均为方形网的1.28倍.

高寒地区JYC生态基材护坡现场试验及测试研究

选取川西高寒高海拔地区鹧鸪山隧道西引道典型的路堑岩质陡边坡作为现场护坡试验工点,介绍JYC生态基材护坡的施工工艺与方法,对植被在高寒气候条件下的生长状况和越冬过夏能力进行长期的监控和评价。3 a多的现场护坡试验表明:JYC生态基材不仅具有良好的保水、保肥,耐旱抗冻和抗侵蚀能力,而且具有优良的团粒结构和黏结性能,能够与锚杆、铁丝网和植物根系组成复合的工程结构,并与岩质陡边坡形成一个有机整体,确保了基材自身和边坡在雨水和严寒条件下的浅、表层稳定。经过3 a多的取样测试表明:JYC生态基材物理性质较稳定,pH值属于中性土壤范围,天然含水率在40%左右,能够很好地满足高寒地区岩石陡边坡植物生长的要求;并且3 a中JYC生态基材养分含量的平均值分别为:全氮3.61 mg/kg,有效磷19.55 mg/kg,有效钾504.90 mg/kg,有机质7.56%,基材属于肥力较强的基质,能够持续提供给植物生长10 a以上的养分。JYC生态基材护坡技术既经济又环保,并能有效地防止土壤的酸化和板结,掺入高分子材料的生态基材护坡方法,是高寒高海拔地区岩质陡边坡生态护坡技术发展的方向。

基于主客观赋权法的山区高速公路边坡防护决策与生态环境

针对山区高速公路建设导致原生植被和动物栖息地破坏、水土流失以及局部环境恶化等系列生态环境问题,对山区高速公路边坡防护决策与生态环境进行研究。采用综合主观赋权法和客观赋权法后的主客观赋权法进行理论分析,对分目标值构成矩阵和定性指标进行规格化处理,并对主客观赋权法数学模型进行理论求解;利用均衡度变权创建山区高速公路边坡防护方案决策的主客观赋权综合评价模型;建立边坡防护方案综合评价指标体系,对山区常张高速公路张家界段进行实证研究。研究结果表明:从生态环境评价角度用主客观赋权法综合评价法得出三维网植草防护为最优方案,因此,采用主客观赋权综合评价法对边坡防护方案决策和保护生态环境是合理的、可行的。

生态护坡基材土-岩接触面原位剪切试验研究

基材土-岩接触面剪切力学性能是生态护坡体系长久稳定的关键,相关研究可为解决基材脱落难题、完善生态防护技术体系提供必要依据和指导。采用自制的原位剪切仪对4种不同粗糙起伏的基材土-岩接触面进行了原位剪切试验,结果表明,基材土-岩接触面剪切应力-位移表现出典型的软化特性,具有明显的初始线弹性变形、弹塑性变形、峰后软化以及残余剪切变形4个阶段。分析发现,文中试验条件下凸起高度算数平均偏差Ra在4 mm以下时,峰值剪切强度增加速度较快,随后呈逐渐减弱趋势;残余剪切强度、峰值剪切位移以及进入残余阶段的剪切位移与粗糙凸起高度算数平均偏差呈近线性正相关关系。可见实施生态护坡时合理地控制坡面粗糙起伏,有助于提高土-岩接触面峰值剪切强度和残余剪切强度,改善其变形性能,对防护体系的长期整体稳定具有促进作用。

路堑边坡植被防护固土效果室内外试验

选取土工格室、三维网垫和铁丝网3种建植方式以及高羊茅与百喜草两种草种进行室内边坡模拟建植与防护抗冲刷试验.试验结果表明,不同草种对应的固土效果均为土工格室最好,铁丝网最差;相同降雨强度下边坡冲刷量随坡角的增大而减小;百喜草抗冲刷能力优于高羊茅,百喜草常青期约300d左右,较高羊茅少40d.现场植被生长试验表明,播种后100d内,高羊茅根系生长速度大于白三叶,此后,白三叶根系生长速度超过高羊茅,且根系长度比高羊茅大,高羊茅株高一直大于白三叶;试验前三个月,百喜草根系长势强于狗牙根,此后狗牙根根系长于百喜草,百喜草株高一直低于狗牙根.

陕北黄土丘陵沟壑区高速公路边坡不同生物防护模式的土壤特性-以铜(川)-黄(陵)-延(安)高速公路为例

以陕西省铜川—黄陵—延安高速公路(简称铜延高速公路)为例,选取不同防护模式(穴状整地植草模式、挂网喷播植草模式、骨架植草模式)下有代表性的18个边坡为研究对象,通过边坡土壤特性数据的处理分析,发现:1)铜延高速公路边坡干旱缺水,肥力匮乏,有机质和全氮处于极缺乏和缺乏等级,速效磷处于中等等级,平均含量为16.28 mg/kg;2)土壤水分、土壤养分以及植被盖度均表现为阴坡>阳坡,而土壤密度则是阳坡>阴坡;土壤水分含量呈现下坡位>上坡位>中坡位规律,土壤养分含量呈现从上坡位到下坡位逐渐升高,有自上而下累积的趋势,植被盖度呈现明显的分层现象,表现为下坡位>上坡位>中坡位;3)3种护坡模式中,骨架植草模式涵养水分能力最强,其次是穴状整地植草模式,最后是挂网喷播植草模式;4)水分是黄土高原地区高速公路边坡防护成功与否的关键因子,另外施加有机肥和氮肥,保护和收集表层土,增施磷肥以及合理确定边坡坡度和斜面长对边坡的保水保肥性和稳定性意义重大。

根系作用下的基材土–岩接触面原位剪切试验研究

采用自制原位剪切仪,对不同粗糙度、不同多花木蓝根系密度的基材土–岩接触面进行原位剪切试验,研究了基材土–岩接触面的剪切变形特征。研究表明,基材土–岩接触面剪切应力–位移具有典型的软化特性;受根系加筋、锚固作用影响,含根试样的剪切破坏面粗糙、破碎。根系作用对土–岩接触面峰值剪切强度、峰值剪切位移及残余剪切强度影响明显,对比发现,不同粗糙度下,相同根系面积比对提高界面峰值剪切强度的贡献率差异较小;根系面积比较小时,增强界面峰值剪切强度的贡献率低于粗糙度,随着根系面积比增大,根系提高界面强度的作用更为明显,其贡献率显著增加。

西部干旱半干旱露天煤矿生态重构技术难点及发展方向

露天煤矿开采对生态环境最严重和直接的影响是对水资源破坏与土地资源的挖损占压,以及对生态系统的物种破坏。西部干旱半干旱露天矿区生态重构的关键是水资源保护与利用、排土场土层结构重构、表土改良和植被优化组合。西部干旱半干旱露天矿区生态重构核心技术是研发露天矿区岩层结构与含水量探测技术,监测地下水存在的范围与边界。以水资源量为约束,构建排土场近地表合理的土层结构,实现重构土层保水涵水动态协调供给。提出干旱半干旱露天矿排土场近地表高效低成本的表土生态层-涵水层-隔水层的3层土层重构结构模型,研发物探检测成套技术与装备,监测矿坑水来源、排土场土层结构与含水率,保证生态工程水资源有效利用。结合土地的生态承载力,对排土场重构生态进行功能分区与景观设计。开发新型微生物菌剂培养配方,揭示微生物改良土壤及抗逆境机理,形成较好的有机生物立体生态重构模式,可产生较好的经济、生态和社会效益,促进矿区绿色可持续发展。通过对西部干旱半干旱露天矿区及其周边环境动态观测,在生态条件差的地区,人工干预能有效地打破原始生态禁锢,刺激生态正向发展,获得西部干旱半干旱露天矿区自然与人工生态协调发育规律。解豁了科技界担心大规模的煤炭开发使西部干旱半干旱地区的生态环境进一步恶化,造成“雪上加霜”效应的难题。同时针对西部干旱半干旱区露天矿排土场重构土壤的结构差、肥力低、植物种类单一,重构生态难的现状,采用微生物-植物联合修复技术,研发多型号生物修复菌剂和基质,有效地促进了植物根系发育,增强了植物抗土壤压实、养分贫瘠、干旱缺水及易盐碱化等逆境的生理生化反应,人工干预重构后的生态环境比原生态效应提高10倍以上。实践了西部露天煤矿区开发金山银山,再造绿水青山的生态理念。