黄河源区河岸带高寒草甸植物根-土复合体抗拉特性研究

植物根系作为一种特殊的河岸物质组成材料,对改变土体力学特性具有重要作用。采用现场挖空法,在黄河源区二元结构河岸的3个点位开展2种植被群落类型的根-土复合体抗拉特性原位试验,分析滨河草甸植被根系对增强河岸物质抗拉特性的作用。高寒草甸河岸崩塌宽度为0.52~0.70m,明显大于一般黏性土河岸的崩塌宽度,而且原生草甸河岸的崩岸宽度大于中度退化草甸河岸。原位试验结果表明原生高寒草甸植物群落优势植物的华扁穗草的单根平均抗拉强度为31.67 MPa,比中度退化的优势植物垂穗披碱草高15.52 MPa,且其根面积比相比中度退化的植物群落高2~3倍。可见,植物根系的存在对抑制河岸崩塌速率具有一定的作用。应用河岸崩塌临界平衡公式,计算研究区3个点位的根-土复合体的抗拉强度值分别为66.86,21.29和22.63 kPa,这说明单根抗拉强度及根面积比对提高根-土复合体抗拉强度具有重要的作用。通过用修正系数后的Wu-Waldron根系增强模型公式验证,2种计算方法得出的根-土复合体抗拉强度值符合较好,相对误差在2.12%~9.21%。试验方法可为原位测量含根河岸土体的抗拉强度提供参考,同时为揭示黄河源区弯曲河流河岸崩退机制提供数据支撑。     

根系参数对根土复合体抗剪力学特性的影响

河岸带土体的抗剪力学特性是评判河岸稳定的关键因素。为了研究黄河源区河岸带的根系参数对土体抗剪力学特性的影响,以华扁穗草为试验材料,通过开展不同根长和含根量的重塑根-土复合体直剪试验,分析根长和含根量对抗剪强度指标的影响。试验结果表明:植被根系能够显著提高土体的抗剪强度,当含根量从3%增至24%时,根长为2、4、6 cm的根-土复合体分别在含根量为15%、18%和21%时达到抗剪强度峰值,分别为23.78、21.44、21.75 kPa;根土复合体的黏聚力值较素土分别增加了19.2、16.9、17.2 kPa;根-土复合体内摩擦角的最大值对应的含根量分别为15%、12%和15%;当根-土复合体中含根量小于9%时,根长越长,根系增强土体黏聚力的效应越强。