河流植被护坡的防护机理研究与分析

文章介绍了植被护坡的概念、植被护坡的功能、植被护坡选材的原则,并选用了牛毛草这种植物作为植被护坡的研究对象做根系抗拉拔试验根土复合体实验,从而得到了根系抗拉强度特性根土复合体特性。通过实验所得数据及研究分析,可以发现植被护坡在工程中可以有效增加根土复合体的抗剪强度、护岸的强度,以及河岸护坡的稳定性,通过不同植物混交可以增加护坡的抗剪强度。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于河道治理不同生态护坡的固土作用及效果分析

以辽宁省河道生态治理工程为依据,通过调查分析选择石笼、草皮和生态袋护坡为研究对象,探讨不同治理措施的固土作用及效果,并对草皮护坡的抗剪强度利用土样试验法进行研究。然后利用三维有限元模型和位移等值线、边坡安全系数指标评价了3种不同护坡技术的应用效果。研究表明:土体抗剪强度在草皮根系作用下明显提升,且随着含水率的增加坡抗剪强度逐渐减小;相对于水平、垂直根系复合根系具有更加明显的固土效果;生态袋、石笼和草皮生态护坡相对于无草边坡而言,均能在一定程度上提升整体边坡的稳定性及减小土体的滑动区域范围,可为河道治理和工程实践提供一定指导作用。     

紫穗槐根系对黄土边坡加固作用的试验研究

植物护坡措施对黄土边坡稳定及生态环境修复具有重要作用。通过对陕北治沟造地工程中黄土以及紫穗槐根系与黄土的复合土体抗剪强度的试验研究,分析了含水率及含根量对土体抗剪强度的影响。根土复合土体的抗剪强度符合库仑定律,并随着含水率的增大而减小;随着含根量的增加,附加黏聚力增量较大,变化范围为1.46~14.67 kPa;内摩擦角增量较小,变化区间为1.0°~3.5°。采用FLAC3D岩土工程数值计算软件分析了紫穗槐根系对黄土边坡的加固作用,含水率为12%的种植紫穗槐的坡体最稳定,安全系数最大为3.06。     

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。     

KLD草毯抗侵蚀特性研究

试验研究了一种生态护坡材料——KLD草毯的抗冲特性和抗雨淋侵蚀特性。试验表明,由于KLD草毯具有较大的孔隙率,在水流的冲刷作用下,草毯内的土壤不断被水流侵蚀。植物根系的固土作用能提高草毯的抗冲能力,但是草毯袋内的土壤损失率仍然偏大,KLD草毯不宜用于水下的边坡防护。雨淋侵蚀试验表明,KLD草毯具有很好的渗透性,可有效降低地表径流,其表面的塑料丝网和植被可显著减小降雨的击溅力,生长的植物根系也起到了固土和保土作用;在大暴雨条件下,草毯袋内土壤损失率不超过3%,大暴雨持续1 h后,袋内的土壤损失率几乎不变。     

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。     

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。     

植物根系对河道滩坡抗冲性影响的试验

为研究植物根系对边滩坡面固土抗冲性的影响,选择麦冬草、芦苇和蒿草3种天然植物进行抗冲性物理试验,测量植物种植密度、根系面积比率和冲刷量。试验结果表明,根系发达、根系面积比率大的植物对滩坡的固土护岸作用大且范围广,防护效果好,并给出了根系纵深分布一般公式以及稳定坡面的地形函数。     

快剪条件下沙柳和白沙蒿根～土复合体抗剪特性初探

采用直剪仪对2种沙生植物重塑的根～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：沙柳（Salixpsammophila）、白沙蒿（ArtemisiasphaerocephalaKrasch）的根～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，其粘聚力的增加率分别为16．02％和4．6％。随着根径的增加，2种植物根一土复合体的抗剪强度均有不同程度的增大     

河道野牛草护坡根—土复合体抗剪强度特性试验研究

植物护坡具有良好的生态优势和工程价值,在河道防护工程建设中具有广阔的发展前景.文章利用现场采样、室内试验的方式,探讨了野牛草根系特征对土体抗剪强度特征的影响.结果显示土壤的抗剪强度与野牛草根系各指标关系密切,根长密度、根系平均直径和根系生物量越大,作用效果越明显.     

不同根系分布模式下的土坡抗剪性能研究

以香根草根系及其所在土壤构成的根-土复合体为研究对象,通过室内直剪试验,探讨不同含水率和垂直压力条件下,不同根系分布方式对复合体抗剪性能的影响。结果表明:根系数量和径级相同时,在土壤天然含水率和2～3 m土层压力下,当所有根系均垂直于剪切面时,根系分布越集中,对根-土复合体抗剪强度的提升越明显;当根系以不同的空间角度均匀分布时,根-土复合体抗剪强度相对于素土的增长率大小顺序为根系全部垂直的分布方式(M_a)根系全部呈45°倾斜的分布方式(M_b)根系一半倾斜45°一半垂直的分布方式(M_c)。在天然含水率条件下,随着垂直压力的增大,根-土复合体的抗剪强度增长率呈现先减小后增大的趋势;随着含水率增大,土体内摩擦角先增大后减小,黏聚力总体呈减小趋势。