寒旱环境护坡植物根-土相互作用机理及其与边坡稳定性关系研究

摘要

植物在控制水土流失、增加边坡稳定性以及改善生态环境方面起着重要的作用，植物根-土之间的摩擦力以及根系自身的强度可以增加土体的抗剪强度，提高坡体稳定性。本文针对草本与灌木植物相结合的护坡效应进行了大量的室内外观察和试验，研究了草本与灌木植物根系的分布特征、根-土相互作用机理及其与边坡稳定性关系，得出以下主要结论：
　　草本与灌木植物结合护坡要求坡体自身具有一定的稳定性和良好的植物生境条件；合理搭配不同生长类型的草本和灌木进行护坡，其在水文效应、力学效应、生态景观效应等方面具有很好的互补作用。
　　试验区四种草本的根系生长分布类型均为须根型，约92％的根系分布在0～30cm土层中，其中芨芨草的根系最发达；四种灌木的根系分布类型均以主直根型为主，根系均发达，侧根主要集中在地面以下20～80cm的土层中。
　　通过建立根-土相互作用力学模型得出，草本植物根系在土体中主要起加筋作用，而灌木植物水平根系起牵引作用，垂直根系起锚固作用，而且草本与灌木植物护坡的力学效应与植物根系数量、长度以及根系自身的强度等因素有关。
　　通过野外拉拔试验得出，生长两年的草本抗拔力与根系数量间符合线性关系，而且抗拔力随着须根数量的增加而增加，其中芨芨草的抗拔力最强，其抗拔力为27.24N；灌木抗拔力与根系数量间符合线性关系，与根径间符合幂函数关系，抗拔力随根系数量、根径的增加呈明显的增大趋势，其中四翅滨藜的抗拔力最强，其抗拔力为156.67N。说明芨芨草和四翅滨藜根-土之间的摩擦力最大，根系护坡作用最强。
　　二维有限元模拟和分析结果表明，在自重应力和灌木根系作用下边坡产生塑性区，而且坡面出现剪应力集中现象，四翅滨藜和柠条锦鸡儿根系作用下边坡塑性区和剪应力集中范围最小。边坡稳定性评价结果表明，灌木根系明显提高了边坡安全系数，其中四翅滨藜和柠条锦鸡儿根系作用下的边坡安全系数最大，分别比素土边坡提高了82%和50%。
　　从力学效应、水文效应、根系分布特征等方面考虑，对青藏高原和黄土高原过渡区坡度为40°、土质为粉土的边坡，选择四翅滨藜、柠条锦鸡儿和芨芨草进行护坡，其护坡效果较为理想。

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前言

0.1研究目的和意义

0.2国内外研究现状

0.3主要研究内容

0.4 研究技术路线

第一章 试验区基本概况及护坡植物筛选与种植

1.1 试验区基本概况

1.2草本与灌木植物护坡的原则和条件

1.3草本与灌木植物筛选依据和组合搭配原则

1.4护坡试验材料及种植方案

第二章 寒旱环境护坡植物生长特征及其生长区土体特征

2.1 护坡植物生长特征

2.2试验区相应土体的基本特征

第三章 寒旱环境护坡植物根-土相互作用机理

3.1草本与灌木植物结合护坡的互补效应

3.2 植物根-土相互作用力学机理及其模型

3.3草本与灌木植物根-土相互作用的力学试验

第四章 寒旱环境护坡植物根-土相互作用及其与边坡稳定性关系

4.1 影响边坡稳定性的根-土复合体力学参数

4.2根-土复合体边坡稳定性二维有限元数值模拟分析

结论

参考文献

发表论文及参与科研项目

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