根系长度对边坡稳定性影响规律分析

为了深入分析植物根系的护坡机理,文中结合相关工程,通过MIDAS有限元软件研究了不同根系长度对根-土复合体抗剪强度的影响规律,基于计算结果建立根-土复合体加固边坡表层土体模型,探究不同根系长度对边坡位移场安全系数的演化规律。研究结果表明,根系加固土较素土体抗剪强度更高;随着根系长度增加,复合体的黏聚力有明显的提升,摩擦角的变化不大。在边坡表层设置根-土复合体可以控制边坡的位移,提高边坡稳定性。分析结果对植物护坡实际工程应用有一定指导意义。     

不同植物根系参数对土壤抗剪强度的影响分析

为了研究兰州九州台滑坡地带不同植物根系参数对滑坡的影响,以根系形态分布良好的山蒿、芨芨草为试验材料。通过对不同根系直径、含根率组合的根-土复合体直剪试验,分析植物根系参数对抗剪强度及其指标的影响。结果表明：植物根系能够显著提高土体黏聚力c和内摩擦角φ,最大增强程度分别为503.98%和41.06%,根系对抗剪强度的提高主要体现在黏聚力上;存在最优含率(区)使得抗剪强度指标c、φ最大,且不同直径对应的最优含根率(区)不同;亦存在最优直径范围使根系对黏聚力的增强最大,山蒿的最优直径为0.5～1.0mm,芨芨草的最优直径为1.0～2.0mm;比较两种植物根-土复合体的最大黏聚力、内摩擦角及各级法向压力下的抗剪强度发现：芨芨草根-土复合体各项指标均优于山蒿。研究结果可为护坡植物选择及其含根率、直径的选取提供理论依据,对进一步优化植被护坡具有积极意义。     

喀斯特地区灌木根系力学特性及WU模型适用性研究

植物根系力学特性(抗拉、抗剪)是决定水土保持的关键因素。为研究喀斯特地区灌木根系的护坡力学效应,以多花木蓝和双荚决明根系为研究对象,通过室内单根拉拔和根土复合体直剪试验,探讨单根拉伸特性与根土复合体剪切特性的关系,并探讨WU模型的适用性。结果表明:随根径的增加,抗拉强度总体呈下降趋势,因树种的不同,趋势不尽一致;单根抗拉强度和根土间的摩擦共同影响根土复合体抗剪特性,前者影响最大,后者的影响相对有限,以细根和粗根搭配使用较优;WU模型在喀斯特地区经修正可适用,但不同的植物具有不同的修正系数。研究结果将为喀斯特地区生态恢复、边坡绿化树种筛选及配置奠定良好的基础。     

植物根系对边坡加固效应数值模拟研究

为了研究植草护坡固坡效应,通过有限元数值软件对有植物根系土体及边坡进行模拟,并计算得出能够运用于有根系边坡模型的土体材料抗剪强度参数,最后计算出对应因素下的有根系边坡模型安全系数,由计算结果得出:土体里有根系将会增加根-土复合体的抗剪强度,并且边坡中有根系护坡将会提高其安全系数;随着根系长度的增加,根-土复合体的黏聚力与内摩擦角均逐渐增加,对应边坡的安全系数也逐渐增大;随着土体里根系分布密度的增大,根-土复合体的黏聚力和内摩擦角也逐渐增大,其边坡模型的安全系数也相应增大;而根-土复合体中根系的倾斜角度只对其黏聚力有影响,对内摩擦角的大小不产生影响,而且随着根系倾斜角度的增加,根-土复合体的黏聚力逐渐降低,而对应边坡模型的安全系数也将逐渐减小。     

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。     

植被护坡中根土复合土体抗剪强度分析

针对植被护坡的稳定性难以界定和直剪仪大小限制试验素材大小的问题,为探索植被护坡中根土复合体的抗剪强度与树根和土体间组合方式的关系,选取乔木根和红黏土为材料,运用自行研制的大型直剪仪进行了大量根和土不同组合形式的直剪试验,并将根和土的力学模型推广到三维模型。结合试验数据和公式推导,研究发现:竖直布置根系并不能够让根土复合体的抗剪强度得到最大发挥;在设定的土质和含水量的条件下,试验结果和力学模型都显示,三维空间内单根沿滑坡方向呈62°时能更充分的发挥根系的作用,单根条件下提升根土复合体的强度最大为15.1%;根系穿过滑裂面时,将阻碍边坡的滑动,固坡效果明显。因此,树根能够限制边坡的侧向变形,使挡土墙内应力分布更平均,降低应力集中的可能。研究成果为拓展乔木根系对增强边坡抗剪强度的应用提供了依据。     

柔性纤维加筋土抗剪特性研究

植被护坡抗水流冲刷稳定性研究由来已久,基于植物根系可增加土壤抗剪强度的理论,认为不同根土复合体的抗剪强度不同,其抗水流冲刷能力亦不同.通过室内直接快剪试验,研究了黏性土、ABS塑料及聚丙烯纤维两种柔性加筋材料不同含量下加筋土体的抗剪特性.试验结果表明,土体加筋后,改变了原有土体的物理力学性质,其黏聚力存在一定程度的减小而内摩擦角却有所增大,其变化趋势存在一定的规律性.研究成果对下一步加筋土抗水流冲刷试验提供了数据基础.     

生态型稳定剂协同植物根系固土特性及机理研究

为分析生态型稳定剂对植物根系固土特性的影响,对根系-生态型稳定剂-黏性土复合体进行直接剪切试验,研究了不同根系数量和不同生态型稳定剂含量条件下复合体的抗剪强度参数、剪切模量和总变形能量,结合试样产生的剪切位移,探究了边坡植被固土剪切特性及其加固机理。结果表明：植物根系的掺入增强了土体的抗剪强度;当生态型稳定剂质量分数大于1%时,其对复合体抵抗变形的影响较为明显;生态型稳定剂在土体中形成网状结构,促进土体内黏性土团聚体形成,增强了土体的黏聚力,与植物根系相互作用提高了土体抗剪强度特性。     

根土复合体依赖根系含量的力学特性及非线性破坏准则

为研究植物根系对根土复合体力学特性的影响,开展不同根系含量下的根土复合体三轴试验,分析了根土复合体依赖根系变化的力学特性,建立了根土复合体非线性破坏准则。研究结果表明：根系通过提供抗拉能力来提高土体抗剪强度,根主要影响土体黏聚力,对内摩擦角影响较小;当根系含量为0.36%时,黏聚力增加了64.91%;主应力差随应变的增加显著,当轴向变形>2%时,主应力差变化缓慢;试样破坏时表现为剪胀破坏,产生纵向裂缝;随着围压的增大,根土复合体破坏的剪胀效应减弱;初始切线模量随围压及含根量的增大而增大;根土复合体破坏应力比最大值为0.99,最小值为0.63;基于含根量的变化,非线性强度破坏准则反映了根土复合体的破坏特性,破坏包络线在低围压下表现为非线性,高围压下为线性,线性与非线性变化的临界应力与围压的大小有关。     

荒漠植被根系增强土体抗剪强度性能研究

为研究塔里木河干流上游岸坡荒漠植被根系对土体抗剪强度的增强作用,在初步分析流域植被覆盖现状基础上,对上游6个典型河岸进行了现场勘查,对骆驼刺(Alhagi sparsifolia.)、红柳(Tamarix ramosissima.)和芦苇(Phragmites australias.)三种典型植被覆盖的根-土复合体和无植被覆盖原状土体分别进行了12组和11组的对比取样,并进行了室内土工试验。试验结果表明:根-土复合体与原状素土相比平均黏聚力由8.04 kPa增加到16.86 kPa,增加了110%,平均内摩擦角由32.59°增加到33.76°,增加了3.6%。结合摩擦加筋原理,建立了植被根系增加土体抗剪强度的力学计算模型,通过模型计算了骆驼刺、红柳和芦苇三种植被不同根体积密度对应的根-土复合体抗剪强度,并与实测结果进行对比。结果表明:16组实测值中只有一组数据小于其相应的理论值范围(2.472.6 kPa),其余实测值全部大于理论计算最小值,充分说明建立的力学计算模型完全可以用于上述三种典型荒漠植被根系影响下的土体抗剪强度计算,为定量评价荒漠植被根系的固土能力提供一定的参考。     

多花木蓝根-土复合体抗剪强度试验研究

为最大程度地提高边坡稳定性,选用多花木蓝和紫色土的根-土复合体为研究对象,设置了60 cm3含根量分别为0.0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8 g共9个梯度对多花木蓝根-土复合体进行了直剪试验。结果表明:多花木蓝根-土复合体服从摩尔-库伦强度破坏准则,且含根试样的抗剪强度均大于无根系试样,说明根系的加入增加了土体的抗剪切强度;在法向应力不变的情况下,根-土复合体的抗剪强度随着试样含根量的增加而呈现先增大后减小的趋势;在60 cm3含根量为0.3~0.5 g的区间内存在一最优值,使得多花木蓝根-土复合体的抗剪强度出现最大值。通过试验研究,探讨了不同含根量对土体抗剪强度的影响,对三峡库区紫色土稳定性维持以及库区边坡生态修复工程提供了一定的参考。     

高羊茅根系增强土壤粘聚力的试验研究

为研究植物根系与土壤颗粒粘聚情况与抗剪强度的关系,选择高羊茅植物(Festuca arundinacea Schreb)(无植物对照)盆栽于3种不同土壤基质(高岭土、重钙土、河沙)进行控制性盆栽试验。分别测定生长形成根土复合体后根土复合体抗剪强度、及其对应下的根系表面积、体积以及长度、根系作用区的土壤pH值、电导率等指标。研究试验结果表明,在同一含水率、同一垂直荷载作用下活性的植物根系提高了土体抗剪强度(与素土对照相比)、粘聚力有明显提高,而内摩擦角提高程度较小。与无根系作用的土体相比,高羊茅—高岭土、高羊茅—重钙土根土复合体粘聚力c值增幅度在100%左右;3种土壤基质中由于河沙本底粘聚力低,高羊茅—河沙根土复合体粘聚力的增长倍数最大;而内摩擦角提高程度较小。通过根系分析,土体粘聚力随根系体积的增大有所增加,根土复合体区域的土壤电导率、pH值也有所提高。此外,对植物根系提高土壤粘聚力的这种"根土关系"和根土复合体提高土壤颗粒粘聚力的机制问题进行了探讨,根土作用通过粘聚力的提高与增强直接关系到土壤结构体形成与稳定,这对研究斜坡土壤的植物稳定与土壤破坏下的抗冲性、抗侵蚀能力大小与破坏分离过程等都有一定的指导意义。     

林木根系对坡面土崩解特性的影响

林木根系能大大增强坡面土抗崩解能力。首先制作不同直径、含根量、分布形式、含水量的根系重塑土样,然后对不同条件下根-土复合体进行崩解试验,分析了林木坡面土体崩解特性的影响因素。实验数据表明:根系直径相同时,复合土含水量从15%增加到25%,水平根系的复合土抗崩解能力减小较快,垂直根系及复合根系抗崩解能力减小较慢;含水量一定时,3种根系分布形式的复合土抗崩解能力随根系直径和数量的增大而增大;根系直径和复合体含水量一定时,复合根系的根土复合体抗崩解能力最强,垂直根系次之,水平根系最弱。由此可以得出:林木根系影响土崩解的主要因素是根系分布形式,其次为土的含水量及根系直径,这对选择适宜林木植物护坡具有一定的借鉴作用。     

高羊茅根系对河滩地土壤强度的影响分析

从根系与土壤所组成的复合材料(简称"根土复合体")出发,将根系与土壤看成是一种天然的复合材料,将土壤中的根系看成是一种类似于纤维的加筋材料,研究根系的存在对河滩地土壤强度的增强作用。结果表明:在土壤中根系的密度一定时,根土复合体的抗剪强度随着土层深度的增大而减小;在土层深度一定时,土壤的抗剪强度随着根系的密度增大而增大,即高密度根系的土壤抗剪强度最大。不同根系密度的土壤的黏聚力与内摩擦角随着土层深度的增大而减小,且同一土层深度情况下,高密度根系根土复合体大于低密度根系根土复合体。植草密度增加1倍,对不同土层根土复合体的黏聚力的增加率在21.7%~59.6%之间。     

植物根系增强土体抗剪强度机理研究进展

结合国内外学者对植物加筋土直接剪切试验和三轴试验的研究成果,分别论述了草本、灌木、乔木等不同类型植物根系在土体中的分布方式,对原状根"土复合体和重塑根"土复合体的直接剪切试验和三轴试验结果,评价植物根系对土体抗剪强度的增强作用,总结植物根系深部锚固、浅层加筋固土和斜向牵引效应3种类型根"土复合体相互作用机理以及植物根系加筋固土的数值模拟研究成果。     

植物根系固土护堤功能研究

今年汛期，嫩江流域发生有史以来的特大洪水，几经奋战，最终取得抗洪抢险斗争的最后胜利。在抵抗洪水过程中，除了水工建筑物及人为的努力，在大堤护坡上种植的护堤植物对固土护坡也起到了显著的作用。该文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，土壤稳定性与植物根量关系密切，根量大，其抗剪强度就大。在现有的植物中，牛毛草的抗蚀能力最大，其固土护堤功能最强，应大力推广。     

典型草本植物防护砂性土边坡表层土体作用分析

通过典型草本植物护坡含根系砂性土直剪试验,得到草本植物防护作用下砂性土边坡表层含根系土的抗剪强度,分析了典型草本植物通过根系力学作用及植被水文效应两方面对砂性土边坡表层土体的防护作用。草本植物能够有效截留降雨、削弱溅蚀,抑制地表径流、控制土粒流失、降低孔隙水压力、提升土体黏聚力,以及增加土体抗剪强度。     

直根系根-土复合体抗剪强度简易计算方法

为了简化直根系根-土复合体抗剪强度的计算,基于根-土相互作用机理,考虑复合土体中根系的破坏模式,对直根系根-土复合体进行受力分析,推导了根-土复合体抗剪强度计算公式,将计算结果与现场实测值进行对比,并对折减系数、含根量、植物种类根-土复合体抗剪强度的主要影响因素进行了参数分析。结果表明:根-土复合体黏聚力是土层深度的指数函数;法向应力不变时,复合土体的抗剪强度随折减系数的增大而增大,折减系数在0.84~0.86之间取值时,结果较接近实测值;且复合土体的抗剪强度随含根量的增大呈先增大后减小的趋势,存在一个使复合土体抗剪强度最大的最优含根量;法向应力增大时,直根系复合土体的抗剪强度也随之增大,采用理论公式计算的抗剪强度值与实测值相对误差在10%以内。研究成果可为边坡生态防护的设计和计算提供理论参考。     

植物根系对浅层边坡稳定性的影响研究

为了解植物根系对浅层边坡稳定性的影响,通过室内剪切试验得到根土复合体的抗剪强度指标,采用无限边坡理论,考虑植物根系是否穿过滑裂面两种情况,分析含水率、含根量、边坡坡度对浅层边坡稳定性的影响。结果表明:根系没有穿过滑裂面时,对边坡稳定性影响很小,若考虑根系的加筋作用则会高估其对边坡稳定性的影响;根系穿过滑裂面时,可以提高土体的抗剪强度,从而增强边坡的稳定性、提高边坡稳定系数,当含水率为16%时其稳定系数增幅最大、含水率为18%时增幅最小,因此在植物护坡工程设计中应找到最优含水率,以满足稳定性要求和促进植物的生长。     

根-土复合体的胀缩变形及干湿循环后的力学特性研究

【目的】边坡生态防护具有自然生态修复和固土作用,经济效益斐然。为了研究干湿循环作用下植物根系对红黏土的加固机理和生态防护在红黏土分布区的适用性。【方法】以贵州省贵阳市红黏土为研究对象,采用膨胀试验和收缩变形试验,探究根-土复合体在不同初始含水率下的胀缩性能,并采用固结快剪试验,测定干湿循环作用下不同循环幅度和不同初始含水率时根-土复合体的抗剪强度参数,从而分析干湿循环作用下根系的掺入对红黏土强度变化的影响。【结果】研究结果显示：(1)所测红黏土的自由膨胀率为58.0%,属弱膨胀土。膨胀率和线缩率分别随初始含水率的增加而减小和增加,根系的掺入能够有效抑制土体的胀缩变形,抑制强弱与根系含量和土体含水率有关。(2)当循环幅度分别为10%、20%和30%,且初始含水率和根系掺量一定时,根-土复合体的抗剪强度较5次循环前呈现先增大后减小的趋势。(3)当初始含水率分别为40%、50%和60%,且循环幅度和根系掺量一定时,根-土复合体的抗剪强度较5次循环前总体上随初始含水率的增加而减小。【结论】根系的掺入能够有效抑制干湿循环作用下红黏土抗剪强度的衰减。研究成果将进一步加深对红黏土力学特性和边坡生态防...