塔里木河流域河岸植被根系护坡的力学机制

荒漠植被根系发达,能够有效稳定边坡、遏制水土流失。以塔里木河典型岸坡植被根系为研究对象,对塔里木河干流上、中游的6个典型河段进行现场勘查并取样,共取土样28组,17组为根–土复合体,包括红柳、甘草、骆驼刺、芦苇、胡杨、白刺6种植被根系。分别对6种不同植被的根–土复合体及相应的素土进行室内直接剪切试验,对比分析黏聚力和内摩擦角的变化规律,定量评价不同植被根系对河岸土体抗剪强度的增强效果;对6种植被根系进行单根抗拉试验,分析不同植被根系的抗拉强度及抗剪强度与根系直径的关系。试验结果表明:(1)根系能提高土体抗剪强度且主要是通过提高黏聚强度来实现的,对内摩擦角影响较小;(2)根–土复合体黏聚力普遍比素土高,6种植被根系下由3.14~16.51 kPa提高到9.43~28.30 kPa;(3)根系抗拉强度随直径的增大而减小,而抗拉力随直径增大而增大。通过分析根–土之间相互作用的力学特点,将根系假设为刚性状态和柔性状态,建立植物护坡中根–土相互作用的力学模型,分别推导出刚性状态下根系提高土体抗剪强度最大值以及柔性状态下根系提高土体抗剪强度最小值的计算公式,根据公式计算得出不同植被根系提高土体抗剪强度最大值和最小值范围,并与试验结果进行对比分析,结果表明:实测土体抗剪强度增加值全部在理论计算范围以内,说明模型计算方法的合理性,为实际工程植被护坡效应的评价提供理论依据。     

浅析两系杂交中籼皖稻153抗倒特性

目的,分析皖稻153的抗倒特性及其原因。方法,对皖稻153及其父母本以及同型主栽品种的根部性状、茎秆性状进行对比分析,揭示皖稻153的抗倒性。结果,相比较其他品种,皖稻153的根部根系较长、根系数量较多,茎秆的株高适中、抗折力较强。结论,皖稻153的倒伏指数较小,抗倒力较强。     

根系作用下的基材土–岩接触面原位剪切试验研究

采用自制原位剪切仪,对不同粗糙度、不同多花木蓝根系密度的基材土–岩接触面进行原位剪切试验,研究了基材土–岩接触面的剪切变形特征。研究表明,基材土–岩接触面剪切应力–位移具有典型的软化特性;受根系加筋、锚固作用影响,含根试样的剪切破坏面粗糙、破碎。根系作用对土–岩接触面峰值剪切强度、峰值剪切位移及残余剪切强度影响明显,对比发现,不同粗糙度下,相同根系面积比对提高界面峰值剪切强度的贡献率差异较小;根系面积比较小时,增强界面峰值剪切强度的贡献率低于粗糙度,随着根系面积比增大,根系提高界面强度的作用更为明显,其贡献率显著增加。     

植被护坡根系浅层固土与分形特征关系初步研究

 植被护坡工程中,植物根系的空间分布对根土加筋复合体强度产生重要影响。将紫花苜蓿和狗压根2种常用护坡植物种植在容器内,根系贯穿容器内全部土层(植被混凝土基材)后,分别对非含根土样、2种复合体沿土层深度进行直剪试验,同时分析根系的分形特征,通过对比,研究植物根系分形维数与土体黏聚力增加值的关系。研究结果表明：(1) 根系扎入土体后能显著增强土层的抗剪切强度,特别是黏聚力增加幅度明显,但紫花苜蓿和狗牙根对复合体黏聚力的增加存在显著性差异;(2) 2种植物均具有明显的分形,含根量多并且根系分布相对均匀的土层根系分形维数较大;(3) 土层黏聚力增加值与土层内根系分形维数存在显著正相关关系。     

边坡生态防护中表层含根系土抗剪试验研究

通过直剪试验,研究了某边坡生态防护中表层含根系土的抗剪强度,分析了同一土质含根系与不含根系的抗剪强度,并提出根系含量对土的抗剪强度及其他工程性质的增强起很关键的作用。     

根系对边坡稳定性影响的数值模拟

为了有对比地直观看出根系的固坡效果,现以斜坡面下垂直方向2m深度浅层加固的土质边坡稳定性为参照,以有限元强度折减法计算的安全系数为依据来等效模拟植被边坡上根系的参数设计。考虑根系的加固位置,有无侧根以及植被数量3方面,以期达到相一致的固坡效果。数值结果表明,在边坡上合理地布置含侧根根系的加固位置以及种植的植被数量,即可使得植被边坡的安全系数与浅层区域加固的边坡基本一致,从而说明本文根系的参数设计方法具有一定的可行性。     

草本植物加固边坡的力学原理

草本植物根系使边坡土体浅层成为土体和根系的复合材料,它通过根土摩擦作用和根的抗拉作用,增强了根系土层的整体抗剪强度,但至今人们对草本植物根系对边坡岩土体的作用及效应的研究仍很少,亟待深入。通过对草本植物根系加固边坡的力学原理进行了全面的分析,不但提出了根土作用的力学模型,而且对边坡增加的抗剪强度和增加的边坡稳定性系数进行了定量计算。从而为草本植物生态护坡提供了理论依据。     

某土质边坡植被防护机理的分析研究

在介绍植被护坡机理的基础上,选取素土、含紫穗槐根系土、含黄荆根系土进行抗剪切实验;选取含紫穗槐根系、黄荆根系、杨树根系三种土进行抗拉实验,通过分析根系与土作用过程及机理,证实植物根系能有效增强土的强度,实验结果也表明,植物根系的大小、长度对土质边坡的稳定性起着十分重要的作用,同时对以后植被护坡施工有一定的指导意义。     

边坡植物根系干物质含量与力学性能关系的实验研究

在利用植物根系加固边坡研究领域中,由于根系中纤维含量直接影响根系力学性能,所以对纤维含量进行测定可以判断根系的力学性能。但是,纤维含量测定比较复杂,因此引入了测量方法相对简单的干物质含量的概念来表征纤维含量,并通过对柳树和山毛榉根系的实验对根系干物质含量与相应的力学性能之间的关系进行了研究。研究发现,根系的力学性能随着干物质含量的增加而增长。因此得出了通过对植物根系干物质含量的测定可对不同根系的力学性能进行判断的结论。     

植物根系分布对边坡护坡效应的数值模拟

为了完善植物根系护坡的理论依据,以夹竹桃根系为研究对象,通过ABAQUS有限元软件研究护坡植物分布排数和根系须根数量对边坡土体位移场的影响。研究结果表明:与无根系边坡相比,根系护坡提高了边坡浅表层土体强度,减小了边坡土体位移量,但其影响范围有限;采用根系护坡时,随着根系分布排数和根系须根数量的增加,边坡土层位移量均不断减小,土体水平位移量减小幅度最大,说明根系对于抑制边坡坡面向前滑移更加有效;随着根系布置排数的增加,边坡位移量明显减小,但与4排根系布置相比,采用2排根系布置时,根系须根数量增加后边坡位移减小幅度更大,说明根系排数达到一定数量后,根系须根数量的增加对于边坡加固效果减弱。因此在植物护坡工程中,要根据植物根系须根数量选择最优布置方式,更为高效地体现植物根系护坡效应。     

树木根系吸水宏观模型的建立与验证

 树木根系吸水引起土壤含水率显著降低，从而导致胀缩性地基沉陷。研究树木根系吸水机制有助于了解树木对地基沉陷的影响。现有的研究涉及非均匀分布根系吸水模型的比较少，而且存在诸多缺陷。为建立具有通用性和实用性的树木根系吸水模型，开展一系列室内和现场试验，测定非饱和土壤水运动参数，监测土壤基质势，进行树木根系调查，观测气象要素。然后通过土壤水运动逆运算获得根系吸水速率的时空分布，通过多元回归分析建立根系吸水函数。实例计算结果表明，所提出的根系吸水模型计算根系吸水速率与观测结果相符合。与现有的根系吸水模型相比，建立的根系吸水模型具有以下优势和特点：首先，该根系吸水模型只包含3个易于确定的影响因素，即水面蒸发强度、根系分布密度和土壤水基质势，这使得根系吸水模型的实际应用更为简单方便；其次，现有的宏观吸水模型都假定根系吸水速率与根长密度成正比，而定义根系密度为单位体积土体的有效吸水根的烘干质量，因为根系吸水率不仅与根长有关，也与根径有关，并且认为根系吸水率是根系分布密度的指数函数，因为相邻根彼此限制对方吸水；此外，采用4个空间分布特征参数来反映最大根系密度点和零根系密度点，使得根系吸水模型对任意植物根系分布形式具有普适性，且能灵活考虑根系吸水率的空间变异性，这四个特征参数可通过根系调查确定。     

植被增加边坡降雨入渗对边坡稳定性影响研究

植被根系提高土壤渗透性和抗侵蚀性,植被盖度越大径流起始时间越长,植被提高边坡的入渗率和减少土壤流失相互促进,共同作用的结果是保持水土,所以植被增加边坡降雨入渗的作用是十分显著的.大多数植物的根系分布在浅层,根际区土壤储水能力强,由于植被对根际区下层土壤的渗透性影响不大,而且认为植被对降雨入渗对根际区土壤水分的影响明显,而对边坡根际区下层土壤水分影响不明显,植被增加边坡降雨入渗不影响边坡深层稳定性.     

基于植被根系分形维数的生态边坡位移场研究

植物根系与土的相互关系非常复杂,本文将根土复合体当作由土体、根系所联系起来的有机体,提出基于根系形态特征的固土机理数值分析方法,研究在雨水侵蚀力和坡面径流侵蚀力作用下,不同根系形态对土体位移场的影响。同时根据根系形态特征,研发了计算不同植物根系分形维数的分形软件Fractal 1.0,利用该软件能计算不同植物根系分形维数。选择常见护坡植物夹竹桃(Nenium indicum)作为研究对象,依据数值模拟中根系模型与实测根系形态分形维数的关系,研究了植物根系分形维数与边坡土体位移场的关系,给出了分形维数与边坡位移量的定量关系。随着分形维数的增大,根系生长活性增大,根系分枝数量和分枝长度逐渐增大,植入边坡土体后,边坡表层位移量能够有效减小,因此植物根系分形维数大小能够反映根系对边坡土体位移场的影响。     

Direct shear tests of shear strength of soils reinforced by geomats and plant roots

To investigate the shear strength of root–geomat reinforced soil (RMS), direct shear tests were conducted in laboratory on soil samples cultivated with three–dimensional geomats and Bermuda grass. The test results showed that the shear strength of RMS could be significantly improved by the combined reinforcement with grass roots and geomats, particularly at a low vertical stress level. The shear strength increment was increased exponentially with the total reinforcement content of roots and geomats. Concurrently, the soil cohesion was significantly increased, but the influence on the friction angle was generally negligible. With the increase in root or geomat content and decrease in water content, both the soil shear strength and cohesion were remarkably increased. Owing to the higher tensile strength of geomat than that of roots, the effect of geomat content on shear strength was larger than that of root content. Furthermore, the shear strength increment caused by root–geomat reinforcement was larger than the sum of the respective increments caused by root and geomat. Moreover, the soil shear strength and cohesion increments induced by the combined root–geomat mutual interlocking effect were increased exponentially with the total reinforcement content.     

不同土质条件下树根桩承载性状分析

本文对杂填土、黄土和软土地基中的树根桩试验进行了研究，对Q—S曲线、承合作用及单桩荷载传递机理进行了分析，对不同土质条件下的树根桩承载力取值提出了看法，得出了有益的结论。     

含根量对原状与重塑草根加筋土强度影响的试验研究

用室内三轴试验方法研究了原状和重塑草根加筋土的强度特性,分析含根量对土体强度的影响,并对二者强度的差异进行量化描述。试验结果表明:对于原状草根加筋土,含根量的增加对内摩擦角基本无影响,但可提高土体黏聚力,并且黏聚力先增加再基本保持不变;对于重塑草根加筋土,存在最优含根量使其强度最高,并且该值与围压相关,随围压的增大,该值增加;重塑草根加筋土的含根量是原状土的4~6倍时,二者土体破坏时的主应力差值基本相等。     

CFG桩在环保局业务大楼地基处理中的应用

通过具体工程实例,分析了CFG桩复合地基处理湿陷性黄土的作用机理,依据检测大楼地基检测结果,分析了CFG桩复合地基处理湿陷性黄土的效果,提出了CFG桩复合地基在湿陷性黄土地区的设计方法及应用。     

生态植被护坡作用机理研究

生态植被护坡是一项工程应用技术,目前对其加固机理的研究却滞后于工程实践。故以假定植被根系强度和根系在岩土体中的分布规律均为已知的前提条件下,从微观入手建立植被根系—岩土相互作用的力学模型,对其锚固力学机理进行分析。分析表明,草本植物根系对边坡岩土体的加固效应可以看作三维加筋作用,木本植物垂直根系的加固效应可以简化为以主根为轴向、侧根为分支的全长粘结型"锚杆"来模拟其摩擦加筋作用,水平根系则通过侧根与岩土体的摩阻力来平衡边坡表层土体的剩余下滑推力作用。     

岩石边坡植被护坡系统的水分平衡及控制

 通过对植被护坡系统水分动态平衡的分析,提出岩石边坡植被护坡系统根层土壤贮水量的基本要求。采用现场降雨试验等方法研究岩石边坡植被护坡系统水分运移的规律,对影响植被护坡系统水分平衡的根层土壤初始贮水量、植被截留量、坡表径流量、边坡坡角、坡表蒸散量及根层土壤萎蔫贮水量等因子进行分析。试验结果表明：若客土配比合理,其渗透性能良好,客土能在较短的时间内获得较大的贮水量,客土中添加适量保水剂、泥炭可明显减缓客土层水分的蒸散,此外,客土中添加保水剂还可降低客土的萎蔫持水量,使客土层中更多的水分成为可供植物利用的有效水;覆盖良好的坡面植被对降雨的截留量不可忽视;为提高降雨的入渗量,须选择适宜的边坡坡角。研究成果可为岩石边坡植被护坡系统的水分平衡及控制提供依据。