2种草本植物混播根系对土体抗剪强度的影响

为研究混播草本植物根系对土体抗剪强度的影响,选择合理的播种方式,强化草本植物固土效应,为生态环境建设提供科学依据,采用无侧限抗压强度试验,测算素土、单播紫花苜蓿(Medicago sativa)、单播非洲狗尾草(Se-tariaanceps stapf ex massey)、混播紫花苜蓿+非洲狗尾草(1∶1)根土复合体...     

金沙江干热河谷乡土草本植物根系提高土体抗剪强度及其模型预测

开展金沙江干热河谷乡土草本植物根系提高土体抗剪强度及预测的研究,为该地区生态恢复、边坡防护、水土流失防治等生态工程中植物选择及其固土能力的计算提供依据.采用原位剪切试验测定扭黄茅(Heteropogon contortus)、莎草(Eulaliopsis binata)、芸香草(Cymbopogon distans)、旱茅(Schizachyrium delavayi(Hack.)Bor)等4种乡土草本植物根系及素土的抗剪切强度;用根系拉力计和电子卡尺测定根系的抗拉强度和直径:用Wu和Waldron垂直根模型(WWM)及纤维束根增强模型(FBM)对根系提高土体抗剪能力进行预测.结果表明:1)4种植物根系直径约80％分布在0.1～1mm的范围内,扭黄茅、莎草、旱茅根系的直径和抗拉强度之间成负幂函数关系,芸香草两者间没有相关性.2)扭黄茅、莎草、旱茅、芸香草的根系可将土体的抗剪强度分别提高20.7％、85.3％、84.4％、16.1％.3)用WWM模型预测扭黄茅、早茅、莎草的提高土体抗剪能力,其预测值是实测值的3.59～10.83倍;用FBM模型的预测值是实测值的1.24～2.62倍.旱茅、莎草根系提高土体抗剪强度的能力强于扭黄茅和芸香草,在干热河谷的生态工程中可优先选用;对根系提高土体抗剪强度的预测,FBM模型要优于WWM模型.     

排土场土体裂缝区植被根系及抗剪强度分布特征

为揭示排土场土体裂缝区植物根系和抗剪强度分布特征,采用根钻法、WinRHIZO根系分析系统和直剪仪研究了0—60 cm土层植物根系、黏聚力和内摩擦角随土层深度的变化规律。结果表明:3个样地根系特征参数不同,随土层深度增加而减小,主要分布在0—20 cm土层,根密度和根重密度为88.81～303.03个/10³cm³,0.15～2.69 mg/cm³。根系以径级d≤0.1 mm和0.1 mm相似文献   

不同植被类型根系提高浅层滑坡土体抗剪强度的试验研究

通过对裸地、扭黄茅草地、车桑子灌木林地和桉树林地四种不同植被类型、不同深度土壤在天然含水量情况下的直剪试验，研究了植被类型对非饱和土抗剪强度的影响。结果表明，植被具有提高非饱和土抗剪强度的作用，黏聚力增加较大，内摩擦角增加相对较小；土层越深，土壤抗剪强度提高的程度越小。     

2种草本植物根系对崩岗洪积扇土壤抗剪强度的影响

为探讨草本植物根系对崩岗洪积扇土壤抗剪强度的影响,以巨菌草(Pennisetum sp.)和宽叶雀稗(Paspalum wettsteinii)为研究对象,采用WinRHIZO根系分析系统对根系特征进行定量分析,并采用原位剪切试验测定崩岗洪积扇各土层的抗剪强度。结果表明:(1)根系能够改善土壤的结构及水分状况;(2)2种草本植物根系均主要分布在0—5cm土层,该层巨菌草根系各参数值是该草种根系均值的3.1~4.39倍,宽叶雀稗的则为2.23~2.57倍,随着土层深度的增加,巨菌草根系参数呈对数函数减小,而宽叶雀稗呈线性减小;(3)土壤抗剪强度均值大小表现为巨菌草宽叶雀稗裸地,其大小依次为21.04,16.43,9.89kPa;在0—20cm土层,2草种抗剪强度均显著大于裸地;(4)土壤抗剪强度与生物量密度、根表面积密度和分叉数密度极显著正相关,与根长密度显著正相关;巨菌草根系的生物量密度是表征土壤抗剪强度的最主要因子,而宽叶雀稗的则为根长密度。2种草本植物根系均能提高崩岗洪积扇土壤的抗剪强度,而巨菌草的效果优于宽叶雀稗。     

生态护坡中根系对土体抗剪强度的影响

在护坡工程中,植被发达的根系能对边坡土体产生一定程度的加筋作用,从而可提高边坡的浅层稳定性。为探究植物根系对土体抗剪强度的影响,采用常规三轴不固结不排水试验,测定不同含根量、含水率对重塑粉质黏土抗剪指标的影响,结果表明:①根土复合体与素土的应力-应变变化趋势相同,说明摩尔-库仑强度准则同样适用于根土复合体,其不同主要体现在黏聚力大小上;素土和根土复合体均大约在轴向应变2%处出现主应力差峰值,然后逐渐趋于破坏。②根土复合体的抗剪强度明显大于素土,并且在含水率为9%时黏聚力增加显著,说明根能起到加筋作用,能够用来约束土体变形、增加抗剪强度。③在一定条件下,黏聚力和含根量成线性正相关关系;黏聚力和含水率对数成反比关系,即在一定条件下随着含水率增大,黏聚力降低。通过拟合得到根系加筋效应公式τ_f=c+σtan φ=c_0+a+bx+σtan φ,只要给定含水率和含根量,就能初步计算出抗剪强度。     

盐生植物根系增强土体抗剪强度效应试验研究

以大柴旦盐湖区及其周边地区作为试验区,选取海韭菜、芦苇2种优势盐生植物作为供试种,通过对2种盐生植物根—土复合体试样和素土试样进行剪切试验,探讨了盐生植物根系对土体抗剪强度增强作用以及土体抗剪强度的影响因素。结果表明:2种植物根—土复合体试样粘聚力值为13.48~21.87kPa,不含根系素土试样粘聚力值为8.45kPa,与不含根系素土相比,根—土复合体的粘聚力值增长量为5.03~13.42kPa,其增长幅度为59.53%~158.82%;海韭菜根—土复合体试样粘聚力值大于芦苇,2种盐生植物根—土复合体试样粘聚力值与2种盐生植物在一定范围内的根系含量之间呈正相关关系,同时一定程度上表明了试验区2种植物根系增强土体强剪强度的机制表现为,在一定范围内根—土复合体中根系密度和数量愈高则其对土体抗剪强度增强程度相对愈显著,且海韭菜对土体粘聚力的增强作用显著大于芦苇。该研究成果对研究区以及与该区地质条件相类似的其他地区利用盐生植物增强土体抗剪强度,以实现有效地防治地表水土流失、浅层滑坡等地质灾害具有理论研究价值和实际指导意义。     

桑树根系对紫色土土壤抗剪强度的影响

在重庆市忠县石宝镇选择桑树林地,每隔10 cm分层采集土壤样品,分离桑树根系与土壤,利用根系分析系统WinRHIZO分析根系的长度、体积和表面积等指标,同时测定紫色土土壤抗剪强度、紧实度、水分含量和容重等指标,利用逐步回归分析从形态学角度评价桑树根系对紫色土土壤抗剪强度的影响。结果表明:桑树根系根长密度总体上随土壤深度的增加而减少,中根及小根根体积密度随土壤深度的增加而增加,细根及极细根表面积密度则随土壤深度增加而减少;桑树林地土壤抗剪强度总体上随土壤深度的增加而增加,10—40 cm层林地土壤抗剪强度显著高于同层对照;紫色土土壤抗剪强度增加值主要来源于桑树平均根体积密度和土壤水分增加值的贡献,且前者是主要贡献者,桑树根系可以有效提高紫色土土壤抗剪强度。     

沙地柏根系径级对根土复合体抗剪强度的影响

采用应变控制式直剪仪,通过对含不同沙地柏根系径级的扰动土进行室内直剪试验,分析研究根土复合体的抗剪性能。结果表明沙地柏根系的加入,增强了土体的抗剪强度,且根土复合体的抗剪强度符合库伦定律;当所含根系径级小于某个极限值时,根土复合体的抗剪强度随着径级的增大而增大,当超过这一极限值,则随着所含根系径级的增大,其抗剪强度逐渐减小,随着根系径级的逐步增大,由于根自身抵抗土体剪切变形能力增强,使得根土复合体的抗剪强度值开始回升;一定竖向荷载下,根土截面比△过小,对复合体抗剪性能影响微弱;根土截面比过大,根系与土壤胶结力降低,对抗剪强度产生负影响,因此,存在一个最佳根土截面比,在此比值附近,根土复合体的抗剪强度达到最大。本研究可为沙地柏在作为水土保持树种栽植方面提供理论依据。     

青藏高原东北部黄土区草本植物根系加筋土的抗剪特性

为了分析草本植物根系加筋土的抗剪特性,以青藏高原东北部黄土区生长时间为1a的芨芨草根系作为加筋土的筋材,通过将根系加筋土试样制成9组不同含根量的扰动试样,进行了直剪摩擦试验。结果表明,当含根量与含水量一定时,根系加筋土的抗剪强度与剪切面上的法向压力呈正比,抗剪强度随垂直压力的增加基本呈线性增大;当根系加筋土含水量与垂直压力一定时,抗剪强度随含根量的增加而呈增大趋势,其黏聚力c和内摩擦角φ均有不同程度的提高,c值明显增加,且c值与含根量之间呈指数函数关系,φ值变化不大;在20.5,61.5,102.5,和143.5kPa这4种垂直压力下,根系加筋土抗剪强度和含根量之间均呈指数函数关系。说明供试种芨芨草根系可以显著提高试验区土体的抗剪强度,同时有助于增强坡体稳定性。     

草本植物根系对高液限土的加固效应

[目的]探索草本植物根系对高液限土的加固效应,为工程中合理预估植物根系在高液限土质边坡防护中的作用提供依据。[方法]以高羊茅根系及其与高液限土壤构成的根—土复合体为研究对象,通过一系列室内直剪试验分析高液限土含水率和含根量对抗剪强度的影响。[结果]在土样中掺加根系可以显著提升其黏聚力,小幅提升其内摩擦角。根系对土体的加固效果随着含水率增加呈现先上升后减小的趋势。不同含水率梯度下根—土复合体的最优含根量有所区别,对于20%和25%含水率的土样,其最优含根量大致在0.3%附近,对30%含水率土样在0.4%附近,对35%~45%含水率土样在0.5%附近。[结论]草本植物根系可以有效抑制高液限土的水敏性,且在不同含水率梯度下根系发挥的作用差异显著。     

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。     

土壤抗压强度的试验研究

通过对土壤的无侧限抗压强度的试验研究，认为土壤容重与含水率是影响抗压强度的主要因素。分别确定了抗压强度与土壤容重、土壤含水率之间的关系，从土壤抗压强度的微观机理分析了它们之间的关系与作用，建立了土壤抗压强度—容重—含水率的数学模型。     

黄麻纤维加筋崩岗岩土的无侧限抗压强度研究

为深入了解黄麻纤维加筋崩岗岩土在增强崩岗抗压强度和提高其稳定性的作用机理,采用两因素随机区组设计试验研究了筋土复合体的应力-应变及无侧限抗压强度特性,探讨了黄麻纤维不同数量、不同分布方式下的筋土抗压强度。结果表明:崩岗的四层土体分别具有不同的最优加筋条件,即黄麻纤维数量和分布方式不同,且四层土体最优加筋条件下的无侧限抗压强度分别较未加筋土样提高7.97%、19.24%、15.35%、42.88%。最优加筋条件下淀粉处理黄麻纤维的研究表明:纤维经过淀粉处理养护不同时间后,四层筋土复合体的抗压强度与养护时间达到了显著相关,分别在养护时间的7、7、5、3d后达到最大,分别提高14.45%、15.07%、8.90%、8.07%。崩岗侵蚀预防和治理时分层修复的新思路将为崩岗区侵蚀防治工作的开展提供重要的科学依据。     

针叶与阔叶树根系对土壤抗剪强度及坡体稳定性的影响

重庆缙云山地处三峡库区,是国家重点自然保护区。由于地势特点,坡面极易发生土壤侵蚀及浅层滑坡,因此,在不破坏原有生态环境的前提下,有效防止灾害发生是该地区的重点防治工作。选取了同种根构型的针叶树种(马尾松Pinus massoniana Lamb)和阔叶树种(四川大头茶Gordonia acuminate),比较其提高土壤抗剪强度的作用强弱,并分析根面积比率、剪切带根系径级比、根系位置范围,以及根系角度等因素对土壤抗剪强度的影响。结果表明,针叶树种对土壤抗剪强度增强效果强于阔叶树种;针叶树种根系平均抗拉强度较大,其对土壤抗剪强度的增量更大;针叶树种根系分布范围较广且存在更多与剪切方向成60°的根系,表现出更好的固坡作用;根面积比率对土壤抗剪强度影响不明显。     

寒旱环境植物根系增强边坡土体抗剪强度试验研究

研究以地处西宁盆地的青海大学自建试验区作为研究区。采用草本、灌木植物单一种植和混合种植的方式,对种植植物边坡及未种植植物的素土边坡在A层(坡面地表0cm)、B层(坡面以下20cm)深度处的根—土复合体试样进行直接剪切试验,探讨了单一种植和混合种植两种种植方式下边坡土体抗剪强度的变化特征。结果表明:(1)单一种植的草本边坡在A层处根—土复合试样的粘聚力值分别为24.09,22.81kPa,均显著大于灌木边坡A层深度处根—土复合体试样的粘聚力值19.03,17.91kPa,且相对于素土试样的粘聚力值,草本根—土复合体试样的粘聚力值的增加幅度依次为104.67%,93.80%,灌木根—土复合体试样粘聚力值的增加幅度依次为61.68%,52.17%,显然,草本根—土复合体的粘聚力值增长幅度大于灌木植物;(2)随边坡土体深度的增加,单一种植方式下草本边坡根—土复合体试样粘聚力值呈递减趋势,即粘聚力值依次由24.09,22.81kPa递减至19.06,21.02kPa,这在一定程度反映出草本对边坡浅层土体抗剪强度的增强作用相对较为显著;(3)2种草本和灌木混合种植方式下根系对边坡土体抗剪强度的贡献值,均大于相应位置处2种草本和灌木单一种植方式下的贡献值,即混合种植条件下复合体的粘聚力值较单一种植时的增加幅度为0.13%~42.83%。该研究成果为定量评价边坡不同种植方式下植物根系增强边坡土体抗剪强度提供了理论依据,同时为进一步探讨植物根系增强边坡土体抗剪强机理具有一定理论价值和实际意义。     

模拟干湿交替对夯实土壤抗剪强度的影响

为了探究农业生产实践中经过人工夯实的田坎在自然营力作用下的垮塌变形机理,通过采集黄土区梯田土壤,对其进行室内击实、模拟干湿交替处理和剪切试验,探究了干湿交替过程对夯实土壤抗剪强度的影响。结果表明:在试验条件下,随着干湿交替次数的增加,土壤的粘聚力呈现逐渐增加的趋势。土壤的内摩擦角逐渐降低,并在第7次干湿交替时达到最小值。在100 kPa垂直压力作用下,土壤的抗剪强度受影响不明显;在200 kPa垂直压力作用下,土壤抗剪强度先增加然后趋于稳定;而在300,400 kPa垂直压力作用下,土壤的抗剪强度先增加然后逐渐降低,并趋于稳定,并在第2次干湿交替时达到最大值。此外,在相同干湿交替次数的情况下,随着垂直压力的增大,土壤的抗剪强度逐渐增大,说明垂直压力与土壤的抗剪强度呈正相关。经过显著性分析,干湿交替过程对土壤内摩擦角的影响大于相同条件下对粘聚力的影响。干湿交替过程对夯实土壤的抗剪强度有显著影响,随着干湿交替次数的增加,土壤的抗剪强度降低,其中土壤粘聚力增加,而内摩擦角下降。