含根量对秋枫根-土复合体抗剪强度的影响

为研究含根量对秋枫(Bischofia j avanica)根-土复合体抗剪强度的影响,利用纵剖面法探究了秋枫根面积比沿土层深度的分布规律,基于根面积比的分布范围,分别对7级不同根面积比梯度的重塑垂直根-土复合体试样在4级正应力下进行了改进的大盒直剪试验,定量探究了不同含根量对土体抗剪强度的影响,分析了根-土复合体黏聚...     

不同布根形式对草本植物根土复合体抗剪强度试验

为研究不同根系布置方式(方形、梅花形、环形)对草本植物根—土复合体抗剪强度影响,引入面积置换率的概念,解决了相同含根量或相同根数时无法同时满足方形、梅花形和环形布置的难题。在此基础上选取中国过渡带北侧山地土壤与莎草科植物开展植物根—土复合体抗剪强度试验研究,分析了相同布置形式下含根量对根—土复合体抗剪强度的影响、根系布置方式(方形、梅花形、环形)对草本植物根—土复合体抗剪强度增强作用以及抗剪强度指标变化规律。结果表明:根—土复合体试样的抗剪强度和黏聚力随着含根量的增大而逐渐增加;根—土复合体试样的内摩擦角随着含根量的增加变化不明显。根—土复合体试样的抗剪强度和黏聚力随着径级的增加而逐渐增大;根—土复合体内摩擦角与根系径级关系不大且规律性不明显。在法向应力较小时,根系的布置形式对根—土复合体的抗剪强度影响较小,当法向应力较大时,根系的布置形式对根—土复合体的抗剪强度影响不能忽略,且面积置换率越大,该误差越大。根—土面积置换率的较小时,方形布置的根系对黏聚力和内摩擦角影响最大,随着根—土面积置换率的增加,方形、梅花形及环形布置形式对根—土复合体黏聚力和内摩擦角的影响趋于稳定。     

三种护坡植物根-土复合体抗剪强度比较

以紫穗槐、胡枝子及狗牙根根系及其与土壤构成的根-土复合体为研究对象,通过对根-土复合体的室内直剪试验,比较分析了不同物种根系和不同含根量对根-土复合体的抗剪强度的影响。结果表明,根系的存在提高了土体的抗剪强度,根-土复合体的抗剪强度随着含根量的增加而增大,但当含根量达到一定值时根-土复合体的强度增加并不明显,即存在最佳含根量范围;与无根扰动土相比,根-土复合体内摩擦角无显著变化,但显著提高了黏聚力,其中紫穗槐、胡枝子、狗牙根黏聚力平均增幅分别为47.5%,39.2%和38.9%;紫穗槐、胡枝子和狗牙根根-土复合体对土壤的抗剪强度影响不同。在水土流失区种植乔灌木物种能有效增加坡体稳定性,降低土壤侵蚀。     

昭通烂泥箐滑坡源区原生状态根-土复合体抗剪特征

以昭通烂泥箐滑坡源区优势物种鸢尾科鸢尾属鸢尾原生根系—土复合体作为研究对象,采用直剪试验对复合体抗剪特征进行深入研究,并与室内相同含水率重塑复合体试验结果对比分析。结果表明,整体上无根素土具有应变软化特征,而复合体具有应变硬化的特性,各复合体的抗剪强度均比素土的高,且抗剪强度随着含根量的增加而增加,根系加固效应明显,但复合体并没出现与重塑土类似的最优（最佳）含根量。原状复合体的c值随含根量的增加没有明显变化规律,而φ值则逐渐递增,其增长率也有相同的变化趋势。复合体破坏断面显示根系为主根系且垂直贯通剪切面,垂向压力大时固土效应最优;无主根的侧根直径较小,根系在复合体中倾斜分布,特别是与剪切错动方向一致时会影响固土效应发挥。素土破坏模式为破坏面并不完全水平整体的剪切破坏,复合体则是非根系被剪断或拉断,而根系被拔出土体,根—土界面产生明显相对位移的破坏模式。研究结果可为以增强复合体抗剪强度为目的的护坡植被的选择提供基础理论依据。     

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。     

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。     

重庆缙云山典型植被原状土与重塑土抗剪强度研究

为了从土壤力学方面探索防治水土流失的途径与措施,该文采用直剪仪对重庆缙云山5种典型植被的原状土和重塑土抗剪强度进行试验测定。通过比较相同植被同干密度、同含水率的原状土与重塑土在同一垂直荷载下的剪切差异,分析了根(极细根)在土壤－根系复合体(原状土)中的作用。研究结果表明：原状土剪切位移小于重塑土;在相同垂直荷载作用下,同一植被原状土的抗剪强度大于与其同干密度、同含水率的重塑土。原状土的剪切破坏近似于塑性破坏,而重塑土则属于弹性破坏;原状土的抗剪强度与含根量呈正相关,并以此建立关于原状土的抗剪强度回归模型。     

花棒根-土复合体直剪试验的有限元数值模拟与验证

为深入了解花棒(Hedysarum scoparium)根系在增强土壤抗剪强度中的作用机理,同时减少试验成本和挖掘根系对环境的破坏,该文采用有限元数值模拟的方法研究了宁夏毛乌素沙地5 a生人工种植花棒根系的根截面积比(root area ratio,RAR)和垂直荷载对根-土复合体抗剪强度的影响,并对模拟结果进行了试验验证。研究表明:花棒根-土复合体的抗剪强度与垂直荷载的关系符合摩尔库伦(Mohr–Coulomb)屈服准则,花棒根系对土壤的抗剪强度有显著的提高作用。随RAR的增加,花棒根系表观黏聚力(root apparent cohesion,SR)呈线性增加(R20.9)。在相同的RAR下,花棒根-土复合体抗剪强度相对于素土抗剪强度的增长率随垂直荷载的增加逐渐降低,符合对数函数变化规律(R20.9);在相同的垂直荷载下,随RAR的降低,花棒根-土复合体抗剪强度相对于素土抗剪强度的增长率呈线性递减(R20.9);在较低垂直荷载的情况下,花棒根系提高土壤抗剪强度的作用更明显。研究发现与素土相比花棒根-土复合体的剪应力峰值出现较晚,当土壤出现明显塑性变形时,花棒根系的固土能力才能体现出来。数值模拟结果和室内试验结果显示:利用该文所建立的花棒根-土复合体直剪试验的有限元数值模型,模拟计算的根-土复合体抗剪强度与室内试验结果基本一致,相对误差绝对值的平均值1.87%,花棒根-土复合体的直剪试验可以通过该研究所建立的有限元数值模型来模拟。研究结果对于深入了解植物根系加固土壤的作用机理和推进根-土相互作用的数值模拟研究具有重要参考意义。     

根系含量对土壤抗剪强度的影响

为了深入研究根系对土壤的"加筋"作用,即充分了解植物根系对边坡土体抗剪强度的影响,通过直剪试验研究了安山口、八毛地、瓷器山和高岭山头等4处边坡的原状土和无根扰动土的剪应力-剪切位移关系,探讨了不同平均含根量的土体抗剪强度。结果表明:平均含根量为0.945%的安山口、1.154%的八毛地、1.326%的瓷器山及1.173%的高岭山头等4处原状土的黏聚力明显比对应的无根扰动土大,黏聚力增幅分别为5.05%、17.10%、36.93%和33.42%,内摩擦角提高并不明显;随着含根量的增加,土体的黏聚力增大,抗剪强度增大;草灌混合植物根系与草本植物根系相比能更有效地提高土壤的抗剪强度。     

布根方式及根系径级对根土复合体抗剪性能的影响

以沙地柏根系及其土壤所构成的根土复合体为研究对象,通过根土复合体的室内直剪试验,研究了沙地柏根的不同径级、不同布置方式对根土复合体抗剪性能的影响。结果表明,在不同法向应力作用下,有根系存在的根土复合体抗剪强度均明显高于无根扰动土的抗剪强度。在根土复合体中,垂直存在的根系对提高土体抗剪强度的贡献大于水平存在的根系。在所含根数一致的情况下,根土复合体的抗剪强度并不与所含根系径级的大小成正比,而是随着根系径级的增大呈现递增—回落—反弹的趋势。该试验的研究可为今后沙地柏水土保持树种的栽植提供一定的技术参数及理论支撑。     

地埂花椒林根系分布及力学强度测定

地埂花椒林根系水平分布呈现出阶梯型分布,其中20～150 cm为集中分布区,占总根重的70%,150～210 cm为次集中分布区,占总根重的22.72%,210～250 cm为根系的少量分布区,占总根重的7.2 8%,根系的垂直分布呈现“V”字型分布,其中0～60 cm为根系集中分布区,在该土层中,0～20 cm土层根系分布最多,密度最大。在0～60 cm土层中,<1 mm根集中分布于0～20 cm土层中,占总根长的56.73%,且随深度的增加,其数量大幅度减少,1～3 mm根随深度的增加趋于减少,     

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。     

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。     

嫩江大堤植物根系固土护堤功能研究

通过对嫩江大堤护坡植物根系及土壤抗冲、抗蚀及抗剪强度的测定分析,发现同一地段土壤的抗冲、抗蚀（水稳性）指数及抗剪强度均是表土层大于底土层。植物根系有较强的固持土壤功能,抗冲指数与根长、根量间有明显的相关性,单相关系数分别为０９１４６和０８１９７。有机质含量高的土壤抗蚀性强,水稳性指数大,土壤抗蚀性与有机质含量间的相关系数为０９１３２,与根长和根量的相关性相对较低,单相关系数分别为０８１３７和０８０９１。土壤稳定性与植物根量关系密切,根量大,其抗剪强度就大,相关系数为０９８１４。在现有的植物中,牛毛草地抗蚀能力最大,其固土护坡护堤功能最强,应大力推广。     

泥石流源区新银合欢细根质量动态与垂直分布特征

 以中国科学院东川泥石流观测站人工林中3、5、9、14和20年生新银合欢为研究对象,采用分层挖掘法对距树干1.0 m处细根质量动态与细根质量密度分布进行研究。结果表明:新银合欢细根质量在相同范围剖面中并非随树龄的增加而单一增大,而是先减小后增大;不同树龄细根质量密度最大值都出现在0～20 cm土层,呈现出明显的表聚特征,但随树龄的增加,根系集中化特征减弱,表现为向深层化扩张、均匀化方向发展;细根质量密度与土层深度相关性关系明显,垂直分布特征遵循指数函数分布,其中根径D≤2 mm细根在细根分布特征中起主导作用,而2 mm<D≤5 mm细根对细根分布特性影响不大。研究结果可为生物措施防治泥石流提供重要依据。     

土壤含水量对浅层滑坡区土体抗剪强度影响

通过对重庆缙云山一浅层滑坡区杉木和马尾松林地上土壤剖面原状土、过2mm筛后土壤的剪切试验,研究了土壤含水量对浅层滑坡区土体抗剪强度的影响。结果表明：原状土土壤断面抗剪强度随土壤天然含水量增大而减小,随土层加深而增大。土层越深,土壤含水量对土壤抗剪强度的影响越小。同一土壤在不同的含水量的条件下,随着含水量的增大,粘聚力C值和内摩擦角φ值均减小,并且土壤含水量对土壤粘聚力C值的影响程度大于对土壤内摩擦角φ值的影响程度。     

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。     

浅层滑坡生物治理中的乔木根系抗拉实验研究

通过对野外选取的合欢根系的抗拉试验，及在合欢林地的抗拉拔实验，研究了根系的最大抗拉强度和抗拉拔强度。结果表明，根系最大抗拉强度与根系直径成指数函数关系，最大抗拉力与根系直径成正相关关系，根系抗拉拔力可以和根系直径、根长、土壤容重建立回归方程，从而可以求得根系与周围土体之间的静摩擦系数。