白龍江流域泥石流溝刺槐林固土抗蝕力學(xué)作用及模擬研究——以構(gòu)林坪為例.pdf

1、白龍江流域滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害分布范圍廣，發(fā)生頻次高，是中國四大地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)之一。植被能夠增加土體強度和抗侵蝕能力，對控制滑坡、泥石流等山地地質(zhì)災(zāi)害具有重要作用。定量研究植被根系固土能力是將植被應(yīng)用到災(zāi)害防治實踐中的核心內(nèi)容，但是對該領(lǐng)域的研究尚十分欠缺。目前本區(qū)域災(zāi)害防治仍以工程手段為主，綠化工作也仍以提高植被覆蓋率為主要目的，未充分考慮和利用植被的固土抗蝕作用，因此存在物種選擇盲目、對植被在溝道內(nèi)不同位置固土能力認(rèn)識不足等問題。

2、針對以上問題，本文基于已有研究成果，在生態(tài)學(xué)、材料力學(xué)、土力學(xué)、水力學(xué)、水土保持林學(xué)等理論的指導(dǎo)下，借助大型直剪儀、萬能試驗機等儀器，采用現(xiàn)場調(diào)查、野外試驗、室內(nèi)測試與模型模擬相結(jié)合的方法，系統(tǒng)地研究了泥石流溝道內(nèi)不同位置上植物根系固土抗蝕的力學(xué)效應(yīng)。得到主要成果如下：
　　(1)研究了白龍江流域刺槐、白楊、紫穗槐三種綠化物種根系的分布特征和單根力學(xué)強度，并以此為基礎(chǔ)甄選了地質(zhì)災(zāi)害區(qū)生態(tài)修復(fù)首選物種。相較于白楊、紫穗槐等其他兩種綠

3、化樹種，刺槐適應(yīng)環(huán)境能力強，生長速度快，并且其根系具有較高的抗拉強度和擴展范圍。因此，適宜將刺槐作為本區(qū)域控制災(zāi)害的首選物種；
　　(2)研究了不同條件下刺槐林對淺層滑坡穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，遍布整個斜坡的刺槐林能夠在最大程度上增強斜坡的穩(wěn)定性，而種植在斜坡中部的刺槐林由于其根系位于潛在滑動面上，因而對斜坡穩(wěn)定性的影響較小?？傮w來講，雖然刺槐細根能夠增加表層土體的粘聚力（平均增加值為15kPa），并且部分根系能夠深入土體內(nèi)部產(chǎn)生

4、一定的錨固作用，但是刺槐對斜坡整體穩(wěn)定性的貢獻依然十分有限，其對斜坡穩(wěn)定性的貢獻值在4-11％之間；
　　(3)研究了不同林齡刺槐林在不同強度泥石流作用下對低矮河岸的加固作用。結(jié)果表明，隨著林齡的增加，植物對河岸的保護作用逐漸增強，并且4年生刺槐林已經(jīng)能夠使得河岸在洪峰流量為73.06m3/s的泥石流中保持穩(wěn)定；
　　(4)研究了提高溝床內(nèi)植被覆蓋度對溝床內(nèi)徑流形態(tài)的影響。根據(jù)實測溝床形態(tài)，基于徑流和溝道發(fā)育物理機制的元胞自

5、動機模型構(gòu)建了虛擬徑流場， 計算了溝床內(nèi)植被對溝床內(nèi)徑流形態(tài)的影響。結(jié)果表明，隨著植被定植密度的增加，溝床內(nèi)的徑流形態(tài)將由目前的辮流向曲流轉(zhuǎn)變，同時溝床內(nèi)由水流占據(jù)的寬度將平均減少18-24%；
　　綜上所述，斜坡、河岸以及溝床是泥石流溝的主要組成部分，以刺槐為代表的植物在以上三個重要位置均能發(fā)揮固土抗蝕作用，并且隨著植被的生長，這種作用將日益增強。因此，建議選擇刺槐作為本區(qū)域生態(tài)修復(fù)的首選物種，并將其以1.0×1.0m