红黏土边坡香根草根土复合体的强度特性

[目的]针对植物护坡效应,探究香根草根系的力学特性及其根土复合体强度特征影响因素,为植物护坡工程设计提供参考依据.[方法]利用模型箱模拟红黏土填筑边坡进行香根草种植,利用根系拉拔试验和原状根土复合体直剪试验等室内试验,研究香根草的力学性能及根土复合体强度特征的影响因素.通过对试验结果进行拟合分析及Spearman相关性...     

植物根-土复合体剪切试验及其力学模型研究现状与展望

近年来随着基础工程建设的快速实施,各类开挖边坡的数量逐年增加,由此引起的坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害呈显著增长趋势,给区域生态环境造成了严重的影响。为了科学有效地探讨解决这类环境地质问题,国内外学者开展了大量有关植物固土护坡理论方面的研究。在简论述植物护坡发展历史的基础上,着重探讨了根-土复合体的剪切试验及其力学模型的研究现状,并从根系特征对土体抗剪强度的影响、根-土复合体剪切试验、根-土复合体力学模型等3个方面论述了该研究领域的发展趋势。     

生态防护技术对稀土矿山边坡的固坡效果

[目的]探讨以狗牙根系和竹格为主要材料组成的生态护坡模式对离子型稀土矿山原地浸矿采场边坡的固坡效果及加筋效应,为赣南地区稀土矿山采场边坡防治技术提供新的思路。[方法]使用狗牙根与稀土矿砂质黏土构成的根—土复合体为研究对象,通过直剪试验分析土壤含根量和含水率对抗剪强度的影响,采用二维有限元法分析"竹格+狗牙根"的生态护坡模式对边坡稳定性的增强作用,利用正交试验的直观分析法对竹桩间距、长度和直径支护参数进行优化。[结果]植物根系可以显著提升土壤的黏聚力,但对内摩擦角的影响较小。当含根量达到0.5%及以上时,根—土复合体的抗剪强度增幅呈下降趋势,即存在最优含根量。根系对25%含水率条件下的土体加筋效应最显著。该生态护坡模式能够显著增强边坡的稳定性,当竹桩长度取3 m,间距2.5 m,直径8 cm时,其防护效果最佳。[结论]狗牙根根系在不同含水率、不同含根量条件下其加筋效果存在差异,"竹格+狗牙根"的生态护坡模式能够有效防止边坡浅层土的滑移。     

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。     

根土复合体力学效应及其模型构建研究进展与展望

[目的] 为探究根土复合体的力学效应机理及模型方法应用。[方法] 采用文献分析和对比分析法,归纳分析根土复合体概念和内涵、根土复合体力学效应及力学模型原理、优缺点以及适用范围。[结果] (1)根土复合体是根系与土体之间力学耦合效应的复合整体,根系在土体中交叉缠绕,起到加固作用;(2)根系与土体力学关系实质上是根土复合体土力、水力和复合力学特性作用的结果,土力特性、水力特性分别侧重研究根系对土体的影响和土中水分对土体和根系的影响,复合力学特性侧重于根土复合体自身特性对植物根系特征以及结构的直接影响,从而通过三者作用使根系与土体的力学关系处于动态平衡之中;(3)根土复合体复合力学模型研究较土力和水力学模型略少,土力学和水力学模型都是根据量化参数,通过参数间对比来衡量固土效果,但复合力学特性同时涉及土力特性和水力特性,考虑全面,应是未来研究的重点方向。[结论] 未来在开展冻融循环、干湿交替、干热循环对不同地区根系与土体相互作用的影响、多类型植物混种抗剪强度、化学作用和微生物作用对土水特性影响机理及复合模型构建等方面有待深入研究。研究结果可为生态脆弱区植被恢复、水土保持和可持续发展等提供重要的理论价值和工程借鉴意义。     

基于ANSYS建立的油松单根复合体模型的验证

[目的]为了揭示林木根系固土的力学机制,以根土复合体为研究对象,应用有限元程序ANSYS 12.0,研究油松单根与土壤间的摩擦特性。[方法]将根土复合体视为根、土和根土接触面3部分组成的离散化模型,油松单根采用线弹性本构模型,土体采用理想弹塑性本构模型。根据三轴压缩试验及根系拉拔试验计算出的模型参数,运用非线性有限元法模拟在不同埋深,不同直径下的单根拉拔试验。分析根土复合体的摩擦力与滑移量的变化关系,绘制关系曲线。将数值分析结果与拉拔试验数据进行对比。[结果]有限元模拟结果与根系拉拔试验结果基本一致:根土间初始摩擦力和峰值摩擦力随根系的埋深和直径的增加而增大,峰值滑移量随根系埋深增加而增大。[结论]建立的单根复合体有限元模型可以用于根土摩擦特性的研究,并为进一步对多角度的立体群根根系进行数值分析提供依据。     

两种草本植物对红黏土边坡的固土护坡效应

[目的] 探讨两种草本植物对红黏土边坡的固土护坡效应,为该类型边坡、河道、大坝的生态治理提供科学参考。 [方法] 以红黏土边坡为研究对象,选取狗牙根和香根草作为护坡植物,通过种植试验、根系拉伸试验、直剪试验、室内模拟冲刷试验,探讨两种草本植物的护坡效应。 [结果] ①种植150 d内,两种草本植物均稳定生长,根系抗拉强度持续增加;生长30～150 d,狗牙根的最大抗拉力从0.84 N增至8.59 N,香根草的最大抗拉力从4.78 N增至89.89 N。 ②生长120 d时,对比无根土,狗牙根根土复合体的黏聚力提升91.1%,内摩擦角提升12.45%;香根草根土复合体的黏聚力提升107.47%,内摩擦角提升12.74%。 ③生长150 d时,对比裸坡,狗牙根坡的径流速率降低45.02%～54.15%,产沙速率降低58.3%～93.85%,60 min累计产沙量降低81.02%;香根草坡的径流速率降低35.46%～46.48%,产沙速率降低46.8%～89.44%,60 min累计产沙量降低74.61%。 [结论] 两种草本植物对红黏土边坡都具有良好的固土护坡效应,香根草对土体抗剪强度的增益效果更明显,狗牙根的水土保持效果更显著。     

公路边坡植物防护的水土保持机理

把植物防护后的边坡土体看作由土和根系组成的根-土复合体,建立根-土相互作用力学模型,定量分析植物根系的加筋作用,从而增强边坡土体的抗剪强度,减小水土流失和边坡病害的发生。为边坡工程的设计计算提供一定的参考。     

西南山区云南松根土复合体力学特性及其对浅层坡体稳定性的影响

[目的] 探究西南山区云南松根土复合体力学特性及其对坡体稳定性的影响，为该区浅层滑坡机理认识，识别预警与防治等提供理论基础与数据支持。 [方法] 以四川省凉山州中研究极为缺乏且与浅层滑坡密切相关的云南松根系为研究对象，开展根土复合体抗剪强度试验和FLAC 3D边坡安全系数数值模拟，探究了不同根系密度、根系分布方式与土壤含水量组合下乔木根土复合体的力学性质及浅层边坡稳定性。 [结果] 较高的植物根系密度可明显提高土体的抗剪强度，与素土相比，黏聚力、内摩擦角提高比例分别高达45.5%，9.6%。然而，根径与根系抗拉强度却呈显著的幂函数负相关关系(p＜0.05)，根径低于2 mm的细根抗拉强度最强；同时，乔木根系水平或垂直分布方式下，土壤含水量的增加均会降低土体的抗剪强度，不利于边坡稳定，而乔木交错分布最有利于提高土壤的抗剪强度和边坡稳定性。 [结论] 乔木根系的高密度发育，复杂交错分布，细根丛生等特点对提高根土复合体抗剪强度与边坡稳定性具有重要作用，适度地增加边坡植被覆盖是控制浅层滑坡发生的重要措施之一。通过评价地质灾害多发区不同条件下乔木根系护土固坡效应，可为震后地质活跃区开展生态修复提供理论支持。     

尖萼金丝桃根系对边坡土体抗剪强度的影响

[目的]探讨根系单根抗拉拔强度对边坡土体抗剪强度的影响,定量分析根系对边坡土体抗剪强度的增强作用,为评价植物根系增强边坡土体抗剪切性能提供依据。[方法]以2 a生尖萼金丝桃根系及其组成的根土复合体为研究对象,分别进行室内单根拉拔试验和根土复合体剪切试验,获得根系的抗拉强度及根土复合体试样黏聚力值;在此基础上分析根系抗拉强度与根土复合体黏聚力值之间的关系。[结果]尖萼金丝桃根系抗拉强度与根系直径存在负向幂函数关系,相关性系数均大于0.92;根系拉拔位移、抗拉拔力均与根系直径呈正相关关系,拉拔位移与抗拉拔力之间也表现为显著正相关关系;抗拉强度与根系直径、拉拔位移、抗拉拔力两两之间均呈负相关关系;根土复合体的黏聚力相较于无根素土均有不同程度的增长,增幅达17.25%～94.76%,黏聚力、黏聚力增长率均与根土面积比、根土体积比呈正相关关系。[结论]尖萼金丝桃根系拉拔特征对边坡土体抗剪强度产生显著的影响,边坡土体抗剪切性能评价指标与根系拉拔特征变化密切相关。     

湿喷植被混凝土生态护坡技术在水渠边坡工程中的应用

[目的]验证湿喷植被混凝土生态护坡技术的先进性与实用性,为工程边坡生态防护提供参考。[方法]将湿喷植被混凝土生态护坡技术应用于湖北省鄂州市花马湖水系连通渠护坡工程,现场观测了护坡和水土保持效果、植物盖度、植株密度、植物平均高度以及物种多样性指标。[结果]湿喷植被混凝土生态护坡技术能促使边坡稳定。所用基材能较好地附着于坡面,未出现冲沟和滑塌,水土保持较好,成功解决了基材可喷射性和坡面附着性之间的根本矛盾;1个月后坡面整体植被覆盖率达到90%以上;缓坡区的Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Simpson优势度指数与陡坡区均较为接近,但与自然边坡存在差异;湿喷综合成本比干喷节约5%～15%。[结论]湿喷植被混凝土生态护坡技术作为干喷植被混凝土生态护坡技术的升级版,具备显著的先进性,能用于工程边坡的生态防护。     

我国南方工程边坡土壤生态修复技术创新的认知与实践

我国高速公路、高速铁路和城镇化建设的快速发展,促进了我国工程边坡生态修复技术的创新。现中国边坡生态修复技术成果,随同动车装备和筑路技术,形成了我国高速道路建设举世瞩目的三大技术进步,已成为我国"一带一路"战略重大支撑技术体系。我国"两高"建设是以牺牲土壤生态环境为代价的,产生了大量的创伤裸露边坡,生态修复及安全防护问题非常突出。本文就路域边坡土壤破坏特征、土壤生态修复本质、工程边坡林草种选择、V型槽种植带、喷混基材配置、机械化施工等几个重大技术问题的思考与技术创新途径进行了探讨,并提出了利用路域边坡土地资源发展林草种子产业的引领技术。     

模拟暴雨条件下植被混凝土坡面侵蚀的水动力学特征

[目的] 探究不同外掺料对暴雨条件下植被混凝土坡面侵蚀水动力学特征的影响,在降雨侵蚀方面为植被混凝土的配方改进提供科学依据。[方法] 通过室外模拟降雨试验,在60°坡度、3种雨强（60,90,120 mm/h）下研究4种外掺条件（无添加、聚丙烯酰胺、生物炭、棕榈纤维）的植被混凝土坡面侵蚀状况,并分析坡面水动力学参数与土壤侵蚀量之间的关系。[结果] 坡面雷诺数始终小于500,坡面流为层流;未添加外掺料的坡面弗劳德数始终小于1,坡面流为缓流,添加外掺料的坡面弗劳德数始终大于1,坡面流为急流。添加外掺料的坡面具有较大的坡面流速、水流功率,较小的水流剪切力、径流深度和阻力系数。添加生物炭的坡面土壤侵蚀量显著高于无添加坡面,添加聚丙烯酰胺和棕榈纤维的坡面土壤侵蚀量显著低于无添加坡面。[结论] 外掺料对植被混凝土坡面水动力学参数影响显著。土壤侵蚀量与雷诺数、水流功率呈极显著正相关关系。添加聚丙烯酰胺和棕榈纤维能有效降低植被混凝土边坡土壤侵蚀量,可在高陡边坡生态恢复工作中进行应用。     

喀斯特坡地裸露心土层产流产沙模拟研究

通过人工降雨探索表土剥离后喀斯特坡地侵蚀产沙特征及机制,为该地区开展地下水土流失研究及指导水土流失防治工作具有重要的理论和现实意义。试验采用钢槽装填土石模拟喀斯特地区表土剥离后坡地的"二元结构",通过人工模拟降雨揭示了雨强(30、50、80mm h~(-1))、坡度(10°、15°、20°、25°)和地下孔(裂)隙度(1%、2%、3%、4%、5%)对坡地土壤侵蚀的影响,并在此基础上进一步讨论了各因子对剥离表土后的坡地造成的影响。结果表明:(1)表土剥离后地下漏失的隐蔽性增强,小雨强的坡地土壤侵蚀容易被忽视,30、50 mm h~(-1)雨强条件下,仅当坡地坡度≥15°时地表出现径流,坡地侵蚀产沙以地下流失为主,地下产流量、产沙量随雨强先增大后减小。(2)喀斯特地区坡地土壤侵蚀治理不应只重视地表水土流失,更应关注垂直方向上的土壤侵蚀——地下漏失,低坡度(坡度≤15°)条件下,地表近乎无产流产沙,坡地侵蚀产沙集中在地下孔(裂)隙,而坡度为20°、25°的坡地,其地下产沙比重仍分别高达0.85~0.97、0.59~0.84。剥离表土后的坡地水土保持应从地表、地下两个方向进行,避免由地下漏失引起的岩溶塌陷。增大地下孔(裂)隙度能显著提高地下产流量和产流系数,并促进地下孔裂隙产沙量和产沙比重的增加。     

基于熵值法的高速公路施工过程对水土流失的影响评价

[目的]研究高速公路施工过程对沿线山体植被、水土保持方面的影响,为路段后期水土保持工作采取最优的防护措施提供参考依据。[方法]基于高速公路施工期水土流失影响因素的分析基础,建立多层次、多指标的高速公路施工期水土流失评价体系。通过现场工程参数分析,将水土流失影响指数(SWⅡ)引入同一高速公路不同路段水土流失影响的评价中。选用基于客观赋权法的熵值法确定评价体系中各评价指标对水土流失的影响程度。依托在建梁平至忠县高速公路项目,针对初步选定的9段路段进行施工期水土流失评价。[结果]确定研究区水土流失情况严重的4段重点路域,并将其划定为水土流失重点防护区域。[结论]验证了多层次、多指标的高速公路施工期水土流失影响评价体系的合理性,排除了人为因素的干扰,可以更加客观、科学地确定高速公路施工期水土流失重点路域。     

中国边坡绿化研究进展与展望——基于CiteSpace和VOSviewer的文献计量分析

[目的]探讨边坡绿化研究现状与热点趋势,为后续研究提供理论支撑和参考。[方法]运用专业文献计量工具CiteSpace与VOSviewer对中国知网收录的边坡绿化研究文献进行可视化分析,以发文量、高频关键词、聚类主题和突现词等为主要指标,讨论坡面根系固持土体机理、边坡植物筛选及配置、边坡绿化技术应用的研究热点及趋势变化。[结果]中国的边坡绿化领域的研究持续推进,积累了丰富的学术理论成果和实践经验。主要研究机构集中在农林类、理工类和综合类型的高等院校,作为一门多学科交叉的综合应用技术,还需发挥行业学会作用。[结论]坡面稳定性的变化规律是重要的研究方向,数值模拟技术在坡面稳定性研究有望发挥更大作用;植物的生态适应性研究是植物筛选的基础工作,可以加强区域性乡土护坡植物的调查和繁育推广,探讨植物多样性变化的影响因素有助于植物配置的可持续性;喷播是最为广泛应用的绿化技术,基质材料的抗侵蚀性和稳定性是研究热点,未来还需从术语、工法、设备、资材的标准化和规范化入手,逐步建立具有中国特色的喷播绿化技术标准体系。     

岩石边坡植被恢复工程中的客土稳定性分析

[目的]讨论岩石边坡植被恢复工程中的客土稳定性计算方法,为该类工程的稳定性评价提供依据。[方法]模拟计算抗剪型和摩擦型根系产生的作用力,转换为抗剪强度后作为客土稳定性的附加值,进而推导出稳定性计算公式,并通过济南—莱芜高速公路的客土喷播工程案例进行实测和验证。[结果](1)客土稳定性系数取决于无根土抗剪强度(Fs)、客土容重(γ)、客土厚度(d)、根系抗剪强度增量(τR);(2)根系产生的抗剪强度可细分抗剪型根系抗剪应力(τRg)和摩擦型根系抗剪应力(τRf)二者之和;(3)稳定性计算值始终小于实测值,分布规律及偏差值较稳定,植被恢复初期的3~5a内客土稳定性系数与植被恢复期成明显的正相关关系。[结论]客土稳定性系数计算可以作为岩石边坡植被恢复工程的参数设计和稳定性评价方法。     

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16．28mg／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。     

中国省域耕地生态破坏与农业经济增长的脱钩效应

[目的]研究中国省域耕地生态破坏与农业经济增长的脱钩效应,为深入了解耕地生态与农业经济的协调发展状况奠定基础。[方法]运用2011—2020年中国31个省份的面板数据,从耕地生态破坏程度入手,采用熵权法、TOPSIS法对各省域耕地生态破坏程度进行评价分析。并在此基础上引入Tapio脱钩模型,深入研究中国省域耕地生态破坏与农业经济增长的脱钩效应。[结果]在初期,中国各省域农业经济增长多以牺牲耕地生态健康为代价。不同地区之间的耕地生态破坏与农业经济增长之间变化存在一定的差异。上海、浙江、西藏、重庆、福建等地区耕地生态破坏与农业经济增长发展协调性较高,其中上海一直以来均处于强脱钩理想状态,西藏、重庆、福建、浙江一直处于脱钩状态未出现负脱钩效应。就整体而言,绝大部分省域耕地破坏与农业经济增长的协调性逐渐增强,但部分地区不协调问题较为突出,需要尽快整顿。青海、湖南、新疆5次出现负脱钩状态,云南、河南、甘肃3次出现负脱钩状态。[结论]未来需要进一步促进耕地生态与农业经济的协调发展,牢牢守住耕地生态红线,扎实有效推进耕地保护工作。