草本植物根系對植被混凝土基材淺層抗剪強度的影響.pdf

1、植物在邊坡生態(tài)恢復工程中被廣泛應(yīng)用,其根系在邊坡的淺層防護中起著不可忽視的作用。草本植物根系發(fā)達,生長快,能在較短時間形成三維空間結(jié)構(gòu),對邊坡生態(tài)防護的前期起到了較大的作用。
　　本論文通過在植被混凝土基材上種植兩種常用的草本植物:紫花苜蓿和狗牙根,定期觀測植物根系的結(jié)構(gòu)特征,并用環(huán)刀現(xiàn)場分層取樣,進行室內(nèi)直剪試驗,對比基材空白樣分析根-土復合體對土壤抗剪強度的影響;探討抗剪強度與植物根系分維數(shù)的關(guān)系并建立根系抗剪強度力學模型,分

2、析抗剪強度理論值與試驗值存在的差異。采用環(huán)刀現(xiàn)場取樣的方法能維持植物根系在土壤中的自然分布形態(tài),確切的反映根系的自然特征。得出的主要結(jié)論如下:
　　1)植物根系分維數(shù)隨著生長期的增長有增大的趨勢,說明隨著生長期的增長,植物根系更加發(fā)達,其充斥土體的能力不斷增強;同一物種不同土層的根系分維數(shù)不同,并呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢,植株分蘗數(shù)的增加是導致分維數(shù)增大的主要原因,后由于根系含量、直徑等隨土層減小,故分維數(shù)降低。
　　2)基

3、材空白樣、紫花苜蓿樣地和狗牙根樣地的土壤抗剪強度均滿足莫爾-庫倫強度破壞理論;在忽略水分和自重的影響下,基材空白樣地基質(zhì)在時間和空間尺度上是不變的,故基材空白樣抗剪強度隨時間變化不明顯;狗牙根和紫花苜蓿根-土復合體抗剪強度隨生長期有增長的趨勢,主要是由于隨著的增長,根系越加發(fā)達,充斥土體的能力越強,根-土復合體相互作用更好。
　　3)對比基材空白樣地,根-土復合體對土壤抗剪強度的提高有較大的貢獻。狗牙根根-土復合體粘聚力最大增幅為

4、128％,最小為48％,紫花苜蓿根-土復合體粘聚力增幅最大為157％,最小為18％,可見根-土復合體對土壤粘聚力的影響較大;根-土復合體對土壤內(nèi)摩擦角的影響較小。
　　4)土壤抗剪強度增幅與根系分維數(shù)之間有一定的聯(lián)系,其抗剪強度增幅隨根系分維數(shù)的增大呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢。隨著根系分維數(shù)增大,根系充斥土體的能力增強,根系的三維空間箍套作用越好,土壤抗剪強度就增大;隨著根系分維數(shù)的繼續(xù)增大,根系在土壤中所占的比例越大,根系對土壤的

5、擠脹作用增大,在一定程度上阻礙了土壤抗剪強度增長。
　　5)力學模型計算的根-土復合體抗剪強度從理論上驗證了根-土復合體對土壤抗剪強度的增強作用。對比力學模型和試驗中抗剪強度的增加幅度,試驗中抗剪強度的提高值相對較小,主要是直剪試驗中剪切面不一定是最薄弱面,且理論計算中考慮的是所有各系同時被拉斷,這與實際有一定的差別。
　　本論文采用植被混凝土基材作為試驗樣地基材,并種植狗牙根和紫花苜蓿這兩種生態(tài)護坡常用草本植物,分析根-土