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。     

石灰改良膨胀土重塑后抗剪强度特性及应用

为研究石灰改良膨胀土重塑后的抗剪强度性能,进行了素土、石灰改良膨胀土及重塑石灰改良膨胀土3种土体在0,12.5,25,50,75,100,150 kPa下的直剪(快剪)试验。试验结果显示,重塑石灰改良膨胀土各上覆压力下的抗剪强度均低于石灰改良膨胀土而大于素土。采用《公路土工试验规程》(JTG E40—2007)拟合土体的抗剪强度时,素土在低应力下的偏差最大,而石灰改良膨胀土最小,采用双直线法拟合时各应力段的抗剪强度值偏差最小。重塑石灰改良膨胀土的抗剪强度劣化系数随着上覆压力的增大而减小,且呈明显的2段。当上覆压力<25 kPa时,上覆压力对于土体性能劣化系数影响较大;当上覆压力>25 kPa时,抗剪强度性能劣化系数随着上覆荷载的增大而减小的幅度逐渐减小。重塑后石灰改良膨胀土土体的黏聚力大于素土而小于石灰改良膨胀土,内摩擦角大于素土及石灰改良膨胀土。从试验结论来看,在素土强度满足路堤填芯的情况下,重塑后的石灰改良弱膨胀土可以直接用于路堤填芯;但用于路堤表面填筑时,需要再改良。     

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。     

非饱和沙粒植草后抗剪强度与粘聚力增强试验研究

为研究植物根系提高土壤粘聚力与抗剪强度的作用,选择河沙为研究对象进行了初步研究,以河沙为基质种植高羊茅和黑麦草6周后进行剪切试验,并与河沙(无植物)进行对照;实验结果表明粘聚力由0.31 kPa增加到6.05 kPa(黑麦草)和4.82 kPa(高羊茅),内摩擦角也由9.83°增加到11.04°(黑麦草)和10.94°(高羊茅),高羊茅与黑麦草处理间的土壤粘聚力和内摩擦角没有显著差异。研究表明植物根系可以使河沙土粘聚力显著增加,在粘聚力形成过程中根系长度与根系表面积起到重要作用,相对而言根径和根体积起到的作用可能较弱,密集细根对根土复合体粘聚力的作用可能大于少数稀疏的粗根,电荷对粘聚力的形成也可能起到积极作用,种植黑麦草河沙土中导电率更高,这可能也是其粘聚力高于高羊茅处理的一个原因;此外,对理解根系统的土壤加入提高了土壤分离前的临界状态值(根系抗阻)等土壤侵蚀机理方面也有重要的指导意义。     

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。     

含水率对木纤维加筋土抗剪强度的影响

以红黏土为研究对象,木纤维为加筋材料,采用ZJ型应变控制式直剪仪对纤维加筋土进行不固结不排水快剪试验,研究含水率对木纤维加筋土抗剪强度的影响规律。结果表明:纤维加筋红黏土的抗剪强度都高于素土的抗剪强度,且5%木纤维含量复合土的抗剪强度最大;加筋土的抗剪强度和粘聚力随着含水率的增大逐渐减小的,与内摩擦角相比,纤维对粘聚力的影响更大,研究结果为岩土工程高倾角边坡治理提供了依据。     

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。     

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。     

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。     

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。     

剪切速率对EPS颗粒混合轻量土抗剪强度的影响规律研究

为了确定剪切速率对EPS颗粒混合轻量土抗剪强度的影响,通过直剪试验研究了素土和不同配比轻量土在剪切速率为0.02,0.1,0.2,0.8,2.4 mm/min时的抗剪强度特性。试验结果表明：轻量土的剪应力-剪切位移关系曲线中存在硬化型和软化型两种形态,主要受EPS颗粒掺入比、水泥掺入比、法向应力的控制,素土的剪应力-剪切位移关系曲线形态为硬化型。剪切速率越大,试样达到破坏或稳定阶段历时越短。不同剪切速率下,轻量土的抗剪强度包线多为折线型,与传统结构性土体包线类似。作为一种结构性土体,配比对轻量土抗剪强度的影响是决定性的,抗剪强度、黏聚力和内摩擦角随水泥掺入比的增大、EPS颗粒掺入比的减小而增大。剪切速率对轻量土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角影响较小,对素土影响较大。随着剪切速率增大,轻量土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角变化幅度较小,无显著变化规律,素土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角逐渐减小。     

直剪试验方法对轻量土抗剪强度的影响规律研究

【目的】为了快速、准确地获取轻量土抗剪强度相关指标,确定不同直剪试验方法对轻量土抗剪强度的差异,【方法】通过快剪、固结快剪以及慢剪试验,分析了轻量土剪应力-剪切位移曲线、黏聚力和内摩擦角在不同剪切方法及不同配比下的变化规律。【结果】结果显示：轻量土的抗剪强度及抗剪强度指标随着其配比不同表现出一定的差异,其中,随着EPS颗粒体积比的增大,剪应力-剪切位移曲线由应变软化型转变为应变硬化型,轻量土抗剪强度大幅降低。随着水泥掺量的增加,轻量土抗剪强度总体呈现增大的趋势,同时轻量土黏聚力随EPS颗粒体积比增大而大幅减小,随水泥掺量的增大略有增大;内摩擦角随EPS颗粒体积比的增大急剧减小,随水泥掺量增大略微减小。其中以快剪试验为例,当水泥掺量为15%、EPS颗粒体积比由20%增长至40%和60%时,轻量土黏聚力相对减少量为22.20%、44.73%。【结论】结果表明,不同EPS颗粒体积比下,慢剪方法对轻量土试样黏聚力的变化较为敏感,而快剪方法对轻量土试样内摩擦角的变化较为敏感。与素土相比,三种直剪方法下得到的不同配比轻量土剪应力-剪切位移曲线形态、抗剪强度值均比较相近,实际工程中可用直剪快剪方法获...     

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。     

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。     

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。     

杂填土场地基坑支护抗剪强度指标的研究

正对于支护土体为杂填土的深大基坑而言,如何对杂填土的性质特别是抗剪强度指标进行评价,做到基坑支护方案的合理设计、对周围空间的合理利用,确保施工技术的可行性等方面尤为重要。土的抗剪强度指土对剪切破坏的极限抵抗能力,在土力学中,采用摩尔-库仑强度准则,用粘聚力和内摩擦角两个指标描述土的抗剪强度规律。粘聚力包括土粒间分子引力形成的原始粘聚力和土中化合物的胶结作用形成的固化粘聚力。内摩擦力是颗粒与颗粒接触面的表面摩擦力以     

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。     

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。