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。     

本构因子及环境因子水对土壤粘聚力的影响分析

为研究土壤本构因子和环境因子水对粘聚力的影响,结合不同土壤(河沙、高岭土、红壤、重钙土)颗粒粒径组成分析测定及不同颗粒集群的宏观力剪切试验,通过回归分析的方法寻找影响土壤粘聚力的关键本构因子及影响权重,研究不同含水率下土壤粘聚力和内摩擦角变化。结果表明,小于0. 01mm的颗粒对4种土壤的粘聚力影响最大(占比98%以上),其中粗粘粒是影响粘聚力的关键因子;河沙、高岭土和红壤的粘聚力和内摩擦角均随着土壤含水率的增加呈先增后减趋势,但水对粘聚力的作用与本构因子密切相关,含细颗粒更多的土壤粘聚力对含水率变化的响应可能更加敏感。初步探讨了本构因子和含水率对土壤粘聚力的影响,为土壤侵蚀的防治、防止土壤分离、土壤结构加固、土壤结构稳定及土壤生态服务功能的发挥提供理论指导和实践指导。     

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。     

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。     

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。     

控制吸力的非饱和土抗剪切度试验

以河南南阳地区膨胀土为研究对象,使用可以控制吸力的非饱和土直剪仪进行不同吸力下的非饱和弱膨胀土的直接剪切试验。得出了不同吸力下(吸力范围为50-400kPa),膨胀土粘聚力和内摩擦角的变化趋势。试验结果表明,随着吸力的增大,膨胀土的粘聚力和内摩擦角均增大。其中,在吸力100 kPa时,粘聚力和内摩擦角的增长趋势随着随吸力的增大而加快,且该趋势接近线性变化。当吸力100 kPa时,粘聚力和内摩擦角的增长趋势随着随吸力的增大而有所减缓。     

土壤含水量和压实度对植被护坡加固效果的影响

植被护坡在土木工程中应用广泛,其效果受土壤含水量、土壤密度、根系分布、植物种类和植物年龄等因素的影响。采用三轴剪切试验,通过在土样中加入绳索模拟植物根系的加固效果,研究土壤含水量和压实度对植被护坡加固效果的影响。结果表明,土壤压实度越高,植物根系的加固作用越明显。当土壤压实度为75%时,植物根系的加固效果并不显著;当土壤压实度达到85%时,最大主应力差值将增加约20%～30%。土壤黏聚力和内摩擦角也表现出相似的变化趋势：(1)无论是否有植物根系的加固作用,随土壤含水量的增加,土壤黏聚力表现出先增加、在土壤含水量达到14%后再降低的变化趋势。(2)随着土壤含水量的增加,内摩擦角不断减小,植物根系对内摩擦角的影响随土壤含水量的增加而减小。研究结果可为植被护坡设计提供参考依据。     

黄土抗侵蚀能力与抗剪强度关系研究

基于野外测试试验及室内土工试验成果，对黄土抗侵蚀能力与抗剪强度之间的关系进行了系统研究。试验结果显示：低压条件下饱和原状土的粘聚力在大于2 kPa时与黄土抗冲系数Kc有强烈的正相关关系，小于2 kPa时，Kc严接近于0；天然原状土、饱和扰动土的粘聚力与Kc没有明显的相关性。试验黄土的内摩擦角变化不大，对Kc没有直接的影响。这说明低压条件下饱和原状土的粘聚力是影响黄土土壤抗侵蚀能力内在因素。     

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。     

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     

再生多孔混凝土在邯郸地区护坡的植生适应性研究

为了深入研究植生型多孔混凝土在邯郸地区的植生适应性,根据邯郸地区的气候和土壤特征优选出高羊茅和黑麦草两种植物,在制备的多孔混凝土试块上种植,通过对高羊茅和黑麦草的萌芽时间、成活率、生长状况以及根系在混凝土中穿透情况的对比分析,得出高羊茅更适合于邯郸地区多孔混凝土的种植。研究成果可以为邯郸地区的植生混凝土护坡推广应用提供理论依据。     

固化有机质土的抗剪强度试验研究

分别以固化土7d的粘聚力和内摩擦角作为评价指标,通过开展固化有机质土的正交快剪试验,研究复合固化剂的固化效果,结果发现固化土的粘聚力和内摩擦角均得到了较大幅度的提高,且粘聚力提高更为显著。对于粘聚力:水泥影响最为显著,高效减水剂FDN影响次之,玻璃纤维更次之,水玻璃影响最小;而对于内摩擦角:水泥影响最为显著,玻璃纤维影响次之,高效减水剂FDN更次之,水玻璃影响最小。     

种植不同作物对土壤抗剪强度影响

为了确定不同作物种植对土壤抗剪强度的影响,以辽宁省摩云山小流域为研究对象,分别采集大豆地、玉米地、果树地和果树台田样本等土样。测定土壤含水量,利用直剪法测定土壤黏聚力和内摩擦角,分析同一种作物和不同作物的土壤剪切力与土壤含水量关系以及同一种作物和不同种作物的内摩擦角的关系。结果表明:土壤黏聚力玉米地(49.27kPa)豆地(38.36kPa)果树台田(30.00kPa)果树地(28.36kPa);内摩擦角果树地(25.45°)豆地(23.26°)玉米地(20.24°)果树台田(19.51°);玉米地的剪切力与豆地的剪切力、果树地的剪切力和果树台田的剪切力均有显著性差异;不同作物的土壤黏聚力和土壤含水量进行二次线性分析,拟合度较好。     

基质吸力对非饱和滑带土抗剪强度的影响试验研究

在滑坡地质灾害中遇到的滑带土大多数是非饱和土,研究吸力对非饱和滑带土c、φ值的影响,对于滑坡防治具有十分重要的意义。通过不同基质吸力和剪切速率的条件下的四联直剪试验,探讨了基质吸力与非饱和粘性滑带土抗剪强度的关系。试验结果表明,在同一基质吸力条件下,抗剪强度随轴向荷载的增大而增大,且保持平稳线性增长的趋势;随着吸力值的增大,其总粘聚力与内摩擦角均呈现增大趋势。对于总粘聚力来说,当基质吸力≤100 kPa时,随着吸力的增大,总粘聚力增长曲线斜率较大,增长速率较快;当基质吸力100 kPa时,随着吸力值的增大,总粘聚力增长曲线斜率放缓,增长速率减慢;但总体处于平稳增长的态势。对于内摩擦角来说,当基质吸力≤50 kPa时,随着吸力的增大,内摩擦角增长曲线斜率较大,增长速率较快;当基质吸力50 kPa时,随着吸力值的增大,内摩擦角增长曲线斜率放缓,增长速率减慢。     

库区岸坡碎石土填料直剪试验研究

碎石土具有优良的工程性质,因此,了解其特性对工程建设具有重要意义.为了研究碎石土的力学性质,在考虑不同含水率及含石量的条件下开展室内碎石土大型直剪试验.试验结果表明：含水率对碎石土的抗剪强度产生削弱作用,而含石量和法向应力对碎石土的抗剪强度产生加强作用;碎石土的粘聚力和内摩擦角总体上随着含水率的增加而降低;碎石土的粘聚力随着含石量的增加则是呈现出先减小后增加再减小的趋势,内摩擦角随着含石量的增加而增加.     

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。     

引江济淮试验工程膨胀土干湿循环强度特性研究

以引江济淮试验段工程为研究背景,通过室内往复干湿循环试验,开展膨胀土强度特性研究,探索膨胀土边坡失稳原因。研究结果表明,膨胀土的抗剪强度(粘聚力、内摩擦角)随着干湿循环次数的增加而逐渐减小。粘聚力的衰减主要发生在第2~3次干湿循环过程中,随后c值逐渐趋于稳定。内摩擦角受干湿循环的影响没有明显规律性,其衰减幅度要小于粘聚力c;随着干湿循环的进行,土体裂隙不断开展,而裂隙开展才是膨胀土强度降低继而引起边坡失稳的重要原因,膨胀土边坡开挖后需及时做好支护工作,避免坡面长时间曝露在大气环境中。     

不同剪切速率对改良膨胀土抗剪强度影响研究

为了研究不同方法改良的膨胀土在不同剪切速率下抗剪强度指标的变化规律,分别在2.4mm/min和0.8 mm/min剪切速率下对风化砂、石灰、水泥以及粉煤灰改良的膨胀土样进行了室内直接剪切试验,得到了不同剪切速率下改良膨胀土的抗剪强度指标值。试验结果表明:(1)剪切速率对同一材料改良膨胀土的内摩擦角和粘聚力均有影响,并且对粘聚力的影响要大于对内摩擦角。(2)风化砂改良膨胀土的内摩擦角和粘聚力均随剪切速率的增大而增大。(3)同一剪切速率下,掺砂改良膨胀土的内摩擦角随掺砂比例的增大先增大后减小,粘聚力随掺砂比例的增大而减小。(4)同一剪切速率下,掺水泥改良膨胀土的抗剪强度指标最大。从效果上看,掺风化砂、石灰、水泥和粉煤灰均能提高膨胀土的抗剪强度。     

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。     

东海大桥海上风电项目二期工程场地工程地质研究

为了评价东海大桥海上风电项目二期工程场地稳定性,通过对比分析场地内两类沉积区:正常沉积物和古河道分布区的土体物理力学性质。本研究采用标贯和静力触探等原位测试手段和物理性质、固结特性、抗剪强度特性等室内试验手段。试验研究结果表明沉积环境直接影响土层的颗粒级配及组分,颗粒级配又决定了土层的物理力学性质:上层粘性土表现为含水量高,密度低,孔隙比大,粘聚力大,内摩擦角小;下层砂质土表现为含水量低,密度高,孔隙比小,粘聚力小,内摩擦角大。海底表层的水动力作用以及粘性土与砂质土分层界面的侵蚀作用导致土层呈现出超固结现象,对土体的物理性质也有部分影响。