草灌生態(tài)護(hù)坡力學(xué)性能研究.pdf

1、草灌植被在邊坡防護(hù)工程中具有廣闊的應(yīng)用前景，但由于在草灌根系與土相互作用機(jī)理研究方面的欠缺，導(dǎo)致工程實(shí)踐具有一定的盲目性。本文采用模型試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬等方法，從草灌植被的生態(tài)穩(wěn)定性、植被根系形態(tài)及抗拉特性、根土復(fù)合體強(qiáng)度特性和生態(tài)護(hù)坡的邊坡穩(wěn)定性等方面系統(tǒng)研究草灌生態(tài)護(hù)坡機(jī)制，主要的研究成果有：
　　（1）通過草灌植被模型試驗(yàn)，探討坡度、播種量和草灌比對植被的地上生物量及覆蓋度的影響規(guī)律，研究植被護(hù)坡的生態(tài)穩(wěn)定性

2、。試驗(yàn)表明，草灌混播樣地保持水土、抗旱保水能力高于純灌木；從生態(tài)護(hù)坡的長期穩(wěn)定性的角度來看，最優(yōu)的草灌比為1:5、最佳的播種量為20g/m2。
　　（2）開展狗牙根與多花木蘭根系形態(tài)分析，結(jié)果表明狗牙根為以須根為主的放射型根系，其根系生物量集中在土層下0～20cm范圍內(nèi)；多花木蘭根系屬復(fù)合根型，其根系生物量等生物指標(biāo)與根莖直徑呈線性正相關(guān)，建立了根系直徑與根莖直徑及深度的關(guān)系式。
　?。?）對植物根系進(jìn)行抗拉試驗(yàn)，研究根系的

3、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、抗拉強(qiáng)度及彈性模量特征。研究表明，根系抗拉力隨直徑的增加均呈冪函數(shù)增加，抗拉強(qiáng)度隨直徑的增加呈冪函數(shù)減少。狗牙根根系的彈性模量在26.55～87.91MPa之間，多花木蘭根系在0.25～2.33GPa之間。建立了不同坡度下多花木蘭根系抗拉強(qiáng)度、彈性模量的分布模型。
　?。?）進(jìn)行草灌根系土復(fù)合體直剪試驗(yàn)，研究齡期和草灌比對復(fù)合體抗剪強(qiáng)度的影響規(guī)律。研究表明：根土復(fù)合土的抗剪強(qiáng)度高于無根原狀土，草灌混合的加筋效果優(yōu)于單

4、獨(dú)的草本或灌木根系加筋。植物根系增加了土體的粘聚力和內(nèi)摩擦角。90天時根土復(fù)合體粘聚力約為無根原狀土的3倍。
　?。?）在考慮植被的重力、間距，植被根系的形態(tài)分布與強(qiáng)度特征的條件下，推導(dǎo)出滑動面平行于坡面的邊坡穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算公式。結(jié)合ANSYS有限元數(shù)值模擬，研究邊坡淺層穩(wěn)定性的影響因素。研究表明：植被的存在減小了坡頂?shù)膹埨瓍^(qū)和坡腳的剪應(yīng)力集中帶，對邊坡淺層穩(wěn)定性有利，但對深層穩(wěn)定性影響不大。與無植被邊坡相比，深度h=0.1m時植

5、被邊坡穩(wěn)定系數(shù)提高60％（自然狀態(tài)）～260%（飽和狀態(tài)）；深度h=0.7m時，植被邊坡的穩(wěn)定系數(shù)提高約25%（自然狀態(tài)）～78%（飽和狀態(tài)）；而深度超過根系的長度穩(wěn)定性略有降低。坡度越大，根系承受的拉應(yīng)力越大，有植被邊坡穩(wěn)定系數(shù)提高的幅度較無植被邊坡有所增加。灌木間距為20cm×20cm時有利于邊坡的主應(yīng)力與剪應(yīng)力的均勻分布，而間距對邊坡穩(wěn)定系數(shù)的影響不大。
　　本文的研究成果對于生態(tài)護(hù)坡的設(shè)計(jì)和施工具有重要的指導(dǎo)意義，為環(huán)境保