3种植物根-土复合体抗剪特性的影响因素

本文采用直剪仪对内蒙古中西部3种乡土植物柠条(Caragana korshinskii Kom)、沙棘(Hippophae rhamnoides Linn.)和杨柴(Hedysarum leave Maxim)的根-土复合体进行不同法向荷载下的剪切试验研究,分析根密度、根径和剪切速率等对根土复合体抗剪特性的影响,揭示3种植物根土复合体抗剪特性的共同规律及其种间差异性,从根系固土力学的角度为该区域水土流失防治的植物措施中树种的选择及其配置提供一方面科学的参考依据;结果表明,在12.5 KPa对应的80 cm土层,3种植物根-土复合体的抗剪强度、黏聚力总体呈现随着根径的增加呈先增大后减小的变化特征。3种植物根-土复合体抗剪强度、粘聚力间相比较大小顺序一致,其中抗剪强度均值大小为柠条17.91±2.7A沙棘16.8±2.1 B杨柴15.53±0.7C,粘聚力均值大小顺序为柠条7.81±1.6 A沙棘7.19±2.33 B杨柴5.99±2.14 C。根密度对3种植物根-土复合体抗剪强度及其强度指标的影响与根径总体呈现一致的变化特征。3种植物根土复合体在0.8 mm/min的快剪时对应的抗剪强度和黏聚力、内摩擦角均大于0.02 mm/min慢剪时对应的值。表明,土壤含水率在一定范围内的增加可以提高表层土壤的力学性能。通过上述研究结论得出,植物种不同则生物学特性不同,每种植物根系固土力学性质达到最佳时所要求的内在条件(根径、根密度等)和外在条件(剪切速率),既有相同之处也有区别。     

不同含水率水平下根-土复合体抗剪强度试验研究

本文以典型的沙地柏群落中选取的土样与根系作为研究对象,通过实验室直接剪切试验方法对比分析在不同含水率下无根系扰动土和有沙地柏根系存在的根土复合土样的抗剪性能.得出:根-土复合体可以提高土壤的抗剪强度,起到固土护坡的作用.同时根土中含水率的大小及植被根系密度对土的抗剪强度均明显很大影响,且随着根系的生长,土的抗剪性能的增...     

草本植物根系对边坡浅层土体抗剪强度的影响规律研究

[目的]研究草本植物根系对边坡浅层土体抗剪强度的影响规律。[方法]以阜新海州露天煤矿为工程依托,采用理论分析方法,建立了草本植物根系与土相互作用的力学模型,深化了草本植物根系固土改性的力学认识;采用直剪试验,选用马唐草与狗尾草为研究对象,研究了不同含根率与不同含水率共同作用下根-土复合体的抗剪强度及其相关参数的变化规律。[结果]根-土复合体的最佳抗剪强度与最优含根率相对应;2种草本植物根-土复合体抗剪强度随正压力的增加而增大,随含水率的增加而降低,在未达到含根率之前,随含根率增加而增大;根-土复合体黏聚力与抗剪强度变化规律相似,根系提高土体的抗剪强度主要体现在土体黏聚力的增加。[结论]该研究可为浅层边坡的固土稳定提供参考。     

快剪条件下柠条和沙地柏根系提高土壤抗剪特性研究

采用直剪仪对2种沙生植物的重塑的根~土复合体及素土进行快剪试验,探讨其抗剪强度以及根径和垂直压力对抗剪强度的影响,结果表明:柠条(Caragana m icrophyllaLam.)、沙地柏(Sabina valgarisAnt.)根~土复合体在1.5m(25kPa)的浅层土体范围内抗剪强度均大于素土,2种植物根~土复合体的综合内摩擦角与素土相比差异不明显;在根径相同(1.25mm)的情况下2种植物根~土复合体的粘聚力均大于素土,其粘聚力增加率的变化范围在31.6%~46.23%之间,大小为柠条>沙地柏;2种植物随着根径的增加,复合体的抗剪强度均有不同程度的增大。     

黄河源区弯曲河流河岸带抗剪特性

[目的]为了定量化分析黄河源区弯曲河流河岸带根-土复合体的抗剪强度。[方法]在黄河源区河南县兰木措曲对2个河湾河岸边采取原位制样、室内试验分析的方式,测定根-土复合体抗剪强度。[结果]草甸型河岸带根-土复合体平均黏聚力可达18k Pa,其中河湾凹岸根-土复合体黏聚力比凸岸黏聚力平均约高10%,河湾两岸根-土复合体抗剪强度随着含水量的增大而减小。[结论]该研究为深入分析滨河植被对河岸的抗剪增强作用、减少河岸崩塌频率提供理论依据。     

沙漠-黄土高原过渡区砂质黄土强度试验研究

【目的】研究含水率与干密度对砂质黄土强度的影响,揭示土体力学强度与结构强度对沙漠-黄土高原过渡区砂质黄土边坡滑塌的影响。【方法】通过直接剪切试验,分析了砂质黄土含水率(7%,11%,15%和19%)、干密度(1.60,1.65,1.70和1.75 g/cm~3)、砂粒质量分数(30%,35%,40%和45%)对抗剪强度及其参数的影响。在此基础上,通过砂质黄土构度试验,分析其结构强度特性规律并建立其与抗剪强度之间的关系,对比分析含水率、土性(砂质黄土、粉质黄土、黏质黄土)对构度的影响。【结果】砂质黄土的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角随着含水率的增大而逐渐减小,含水率由7%增加到19%时,其黏聚力由5.5 kPa降低至2.0 kPa,内摩擦角由33.22°降低至26.98°。砂质黄土的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角随着干密度的增大而逐渐增大,干密度由1.60 g/cm~3增加到1.75 g/cm~3时,其黏聚力由5.5 kPa增加至60.5 kPa,内摩擦角由25.64°增加至26.15°。砂质黄土的抗剪强度、内摩擦角随着砂粒质量分数的增大而逐渐增大,黏聚力随着砂粒质量分数的增大而逐渐减小,砂粒质量分数由30%增加到45%时,其黏聚力由3.82 kPa降低至1.48 kPa,内摩擦角由22.56°增加至25.42°。砂质黄土、粉质黄土、黏质黄土的构度均随着含水率的增加而逐渐降低,含水率由7%增加到19%时砂质黄土构度下降了38.83%,粉质黄土构度下降了84.57%,黏质黄土构度下降了34.89%。随着砂质黄土构度的增加,其抗剪强度也随之增加,亦即结构性越强其抗剪强度越大。【结论】含水率与干密度对砂质黄土剪切强度及结构强度影响较大,应重视因含水率增加或干密度降低使得土体剪切强度及结构强度降低,进而引发黄土滑塌的灾害。     

石漠化区多花木蓝和双荚决明根土复合体抗剪特性研究

石漠化地区土壤易流失,植被恢复难度大。选取贵州石漠化区有代表性的灌木树种多花木蓝和双荚决明为研究对象,采用四联直剪仪对多花木蓝和双荚决明根-石灰土重塑试样进行直剪试验,主要分析了根径、法向压力和含水率对根土复合体抗剪特性的影响。结果表明:植物根系的存在对土体抗剪强度有积极作用,主要以加筋的形式增强土体的抗剪强度,以根径2～3 mm对石漠化地区固坡护坡效果较好。法向压力对复合体抗剪特性的影响最显著,因其影响复合体的密实性来间接影响抗剪强度,表现为法向压力越大,土体密实性越好,根土复合体抗剪强度越大。根土复合体的抗剪强度随含水率的增加呈先增加后减小的趋势,在含水率14.3%时,根土复合体抗剪强度最大,固土效果最佳。2种植物中,多花木蓝总体上较双荚决明更能增强土体抗剪强度。本研究可为石漠化地区边坡绿化和水土保持树种的筛选及根径大小的控制提供参考。     

扦插措施根系固土的力学增强效应分析

为了定量化分析扦插措施根系对边坡稳定性的贡献,采用固结不排水三轴剪切试验研究不含根土体及根-土复合体的抗剪强度,并使用数显土壤紧实度仪对边坡的紧实度进行测量,分析新生根系对边坡紧实度的影响。结果表明：加根土的强度和抗变形能力增强。扦插措施新生根系能有效提高土体的黏聚力,其对内摩擦角的影响不明显,而对边坡土壤紧实度的改善作用显著。     

非饱和原状黄土冻融强度研究

【目的】对非饱和原状黄土经历冻融循环后强度的变化规律进行研究,为分析黄土地区冻融病害机理提供参考。【方法】制备含水率分别为16.5%,20.5%,24.0%,29.0%和32.5%的非饱和原状黄土,采用可设定温度的冰柜冻结及室外融化的方法进行冻融循环处理,冻结温度分别为-8,-13,-21℃,冻融循环次数分别为1,3,5,7次,然后对冻融循环后的土样进行直剪试验,得到受冻融循环影响的土体抗剪强度参数,分析冻融循环次数、含水率、冻结温度对黏聚力和内摩擦角的影响规律。基于-21℃下黏聚力随冻融循环次数变化的数据,拟合得到黏聚力劣化模型表达式。【结果】在16.5%,20.5%,24.0%,29.0%和32.5%含水率下,-21℃冻融循环7次之后土样黏聚力分别由24.50,18.52,12.69,9.56和7.56kPa降低到21.04,13.52,7.45,2.60和0.23kPa,含水率32.5%的原状土样黏聚力减小量最大。同一含水率下黏聚力随冻融循环次数的增加呈指数减小,随着冻结温度的降低,黏聚力变化并不明显。内摩擦角在冻融循环后增加量为1°~2°。拟合得到了非饱和原状黄土黏聚力劣化模型表达式,其拟合结果与实测结果的相关系数均在0.937以上,计算值与实测值基本吻合,拟合度较高。【结论】同一含水率下原状黄土黏聚力随冻融次数的增加呈指数减小。冻结温度对不同含水率原状土样冻融后黏聚力与内摩擦角的影响不显著。     

黄土高原陡坡土坎植被根-土复合体抗剪强度研究

以黄土高原陡坡土坎6种典型植物群落类型为研究对象，在分析植被根系密度指标的基础上，通过直剪试验，探讨不同植物群落的根-土复合体抗剪强度以及根系对提高抗剪强度的作用。结果表明:1）6种群落的根系密度指标值均具有显著性差异，白刺花-铁杆蒿群落的根重密度、根长密度和根表面积密度在所有群落类型中均为最高，分别为2 757.07 g/m³、17 886.22 m/m³和16.96 m²/m³；2）6种群落之间的根-土复合体的抗剪强度均显著高于素土抗剪强度，其中白刺花-铁杆蒿群落相对于素土的抗剪强度增加值最大，为32.98 kPa，且抗剪强度增加值随土层深度增加而降低；3）根-土复合体抗剪强度相对于素土抗剪强度的增加值与根系密度指标值呈对数函数关系，随根系含量增加而升高。     

北方5种常见乔木根?土摩擦锚固性能研究

  目的  油松、白桦、蒙古栎、华北落叶松和榆树作为在北方广泛生长及种植的树种，其根系在锚固土壤和防止滑坡方面起着重要作用，因此研究其根?土界面摩擦性能具有科学意义。  方法  本文将挖自于木兰围场县木兰林管局北沟林场的5种乔木树种根系按不同直径分成若干小段，并将单根埋入干密度为1.52 g/cm3、含水率为12.72%的土壤试件盒中。通过北京林业大学植被力学实验室自主研发的根系拉拔试验机对埋入土壤的单根进行拔出试验，探究单根拔出的作用机理并从不同树种、不同直径两方面分析影响其摩擦力的因素。  结果  （1）单根在被拔出的过程中会发生两种破坏模式，当根的最大抗拉力小于根?土界面最大摩擦力时发生拔断破坏，反之则发生拔出破坏。（2）单根的最大摩擦力随直径以幂函数关系增长且拟合度很高，树种对于最大摩擦力的增幅具有明显的影响。（3）蒙古栎、榆树根?土界面最大剪应力随直径的增长而减小，白桦、华北落叶松、油松根?土界面最大剪应力随直径的增长而增大。（4）5种树种根?土界面剪应力与位移曲线可以用改进的双曲线模型进行拟合，各树种剪应力均在位移量为总值的6%时达到峰值。  结论  研究表明不同树种及直径对其根系固土效果会产生较大的影响，传统的固土效果预测方法会高估根系的固土作用，因此在进行人工防护林建设过程中应综合考虑根系的影响。      

油松根系直径对根鄄土界面摩擦性能的影响

植物根系与土壤界面的摩擦特性对于斜坡的稳定性是一个重要因素。为研究林木根系直径变化对植物根系 固土性能的影响,通过对油松单根施加拔出载荷进行室内直接拉拔实验,分析了油松根系直径变化对根-土界面摩 擦性能的影响。实验表明,根系鄄土壤最大摩擦力与根系直径存在明显的线性正相关关系,通过建立单根简化模型 对根土间的摩擦情况进行分析,证明与实验结论一致;同时,实验与模型分析得出根土摩擦力与根系的埋置深度也 存在线性正相关关系;另外,对影响根系初始拔出载荷的因子进行分析,表明其大小也与根系直径和根系埋置深度 呈正相关关系。研究了根系直径生长变化对根-土复合体稳定性的影响机理,对建立边坡稳定模型具有重要参考 价值。      

天然草本植被根系对表层土壤抗剪强度的影响

利用直剪仪在试验室测定了一年生天然草本植被(主要为稗草和狗尾巴草)根系特征参数对土壤-根系复合体抗剪强度的影响。结果显示,土壤-根系复合体抗剪强度与根重密度的相关性大于其与根长密度或根-土面积比的相关性。土壤-根系复合体抗剪强度随着土壤干密度和根重密度的增大而增大,但随土壤含水量的增大而减小。土壤干密度和土壤含水量对土壤-根系复合体抗剪强度的影响程度大于根重密度的影响程度,其与土壤-根系复合体抗剪强度的标准回归系数(Beta值)分别为0.456、-0.321和0.186。当根重密度为5~10kg/m3时,一年生天然草本植被根系可增大土壤-根系复合体抗剪强度19.8%~39.5%。     

油松根系与土壤摩擦性能研究

为探索林木根系与土壤的摩擦性能,在含水率和土壤干密度一定的条件下,采用施加拔出荷载对油松单根进行直接拔出试验,分析了根系埋深和加载速率对拔出过程和根土摩擦力的影响。实验表明,根系在拔出过程中有明显的阶段特性,在不同埋深和不同加载速率情况下,根土摩擦力和根系直径之间均呈幂函数关系,根土摩擦力和产生最大摩擦力时的滑移均随着根系埋深和加载速率的增大而增大。      

根系逐渐破坏过程中固土效果研究

植物根系的固土效果会随根系破坏而发生变化,但其变化过程并不明确。以重庆缙云山的四川山矾为研究对象,以2 mm为根系径级,采用逐径级剪除根系法模仿根系逐渐遭到破坏的过程;同时测量根系的抗拉与抗拔强度,利用自制大盒直剪仪测量根土复合体的抗剪强度,并与Wu模型计算值作对比,系统研究根系逐渐破坏过程中的固土效果。结果表明,春季生四川山矾3年幼苗的植物根系抗拉强度随着根系直径的减小而减小。当根系直径小于2 mm时,根系拉拔强度要高于植物根系的抗拉强度,当根系直径大于2 mm时,则根系抗拉强度更大。大盒直剪测量结果显示,根系破坏过程中根土复合体的抗剪强度首先保持不变,当大于2 mm的根系开始与土壤分离时,根土复合体的抗剪强度会快速下降。在一定范围内,根面积比越大,根土复合体的抗剪强度越大,根系对土壤的加固作用越强。在根系逐渐破坏过程中,Wu模型在一定程度上高估了根土复合体的抗剪强度,且高估值与根面积比呈正相关关系。      

黑沙蒿单根变形特性研究

为探究轴向、径向荷载下植物根系对弹性变形的适应与抵抗特性,以水土流失地区常见植物种黑沙蒿根系为对象,采用TY8000伺服控制试验机,研究1～5 mm径级范围内黑沙蒿直根及含侧根分支处根段承受轴向、径向荷载下弹性模量与刚度的变化.结果表明:直根及含侧根分支处根段力-位移曲线(F-s曲线)承受轴向荷载时呈上凸形,承受径向荷...     

保水剂添加对刺槐根土力学特性的影响

为探究保水剂对根系生长和根土复合体力学特性的影响,为促进矿山植被恢复提供理论依据,在刺槐盆栽土中加入保水剂,3个处理分别为B1(0％),B2(0.3％)和B3(0.5％)。通过对比分析土壤养分,土壤酶活性,根系生长参数,根系抗拉力和根土复合体抗剪强度,以及它们之间的相关性,探究保水剂添加对根土复合体稳定性的影响。结果表明：(1)在0.3%和0.5%保水剂浓度梯度下,保水剂添加降低了刺槐根系的抗拉力;(2)不同保水剂浓度对刺槐根土复合体抗剪强度有不同效果,在0.3％保水剂浓度处理下,刺槐根土复合体抗剪强度显著降低,而在0.5％保水剂浓度处理下,刺槐根土复合体抗剪强度没有显著变化;(3)抗拉力、抗剪强度与纤维素,半纤维素呈负相关关系,与木质素呈正相关关系,刺槐根土复合体抗剪强度主要受内聚力影响。可见在0.3%和0.5%保水剂浓度梯度下,保水剂添加降低了刺槐根系拉伸性能,根土力学特性与根系内部成分显著相关。     

黄土高原沟壑区果园绿肥油菜翻压对土壤水肥的影响

利用田间试验,研究秋雨季节在黄土高原沟壑区果园行间套种并翻压不同类型油菜对土壤水肥的影响。结果显示,翻压甘蓝型冬性油菜显著降低秋季及翌年3、4月份0～20 cm土层土壤水分含量,土壤速效钾含量显著增加、速效磷含量呈增加趋势;翻压白菜型冬性及春性油菜使当季及翌年3、4月份0～60 cm土层土壤水分含量呈明显的降低趋势,土壤速效钾含量显著增加。与白菜型冬性油菜相比,白菜型春性油菜及甘蓝型冬性油菜单位面积耗水量较小、单位耗水生物学产量较大,且冬前根鲜质量、根与茎叶鲜质量的比值(根/茎叶)和主根长均较小。综上所述,翻压甘蓝型冬性油菜培肥土壤效果显著,且对深层土壤水分含量的影响较小。     

典型岩溶石山山坡土壤剖面水分分层性特征及其影响因素

[目的]揭示岩溶石山山坡土壤剖面水分的分层性及其与土壤理化性质间的相互关系,为我国南方岩溶地区石漠化治理、水土流失和岩溶水文过程等研究提供科学依据.[方法]选取典型岩溶石山山坡土壤剖面进行分层取样,结合统计分析方法,研究岩溶石山地区土壤水含量的垂向分布特征及其影响因素,分析土壤剖面水含量的分层特征.[结果]岩溶石山山坡土壤剖面水含量具有明显差异,变化范围为34.66%~47.10%,平均值为38.15%,土壤质量水含量的最大值出现在35 cm深处.相关性分析结果表明,土壤质量水含量与有机质含量呈显著正相关(P<0.05,下同),与pH呈显著负相关,与中值粒径相关性不显著(P>0.05);有机质通过改善土壤团聚体结构影响土壤质量水含量变化.土壤质量水含量及理化性质的变化具有分层性,地表至35 cm为表土层,35~85 cm为过渡层,85~115 cm为稳定层.[结论]岩溶石山地区土壤剖面水分具有明显的分层性,是土壤性质、结构特征、根系活动、水分运动、化学淋滤作用及基岩界面综合作用的结果,尤其应注意20~40 cm处植被根系活动及基岩界面对土壤剖面水分变化的影响.     

林木根系与黄土复合体的抗剪强度试验研究

为了深入了解林木根系在增强黄土抗剪强度中的作用机理,该文用三轴压缩试验方法研究了林木根系与黄土构成的复合体的应力 应变及强度特性,探讨了不同根系直径、根系分布方式、复合体含水量和围压下的土体抗剪强度.试验证明,根系-土壤复合体抗剪强度τf与法向正压力σ的关系符合库仑定律, 即τf=σtan+C.由试验结果可知,根系直径相同时,复合体含水量从12.72%增至15%,水平根系的根土复合体的抗剪强度减小,垂直根系和复合根系的复合体抗剪强度增加;复合体含水量一定时,3种分布方式的根土复合体的抗剪强度都随根系直径的增加而增大;根系直径和复合体含水量一定时,复合根系的根土复合体的抗剪强度最大,垂直根系次之,水平根系最小.