草本植物根系对黄土边坡作用试验研究

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本文以甘肃省庆阳市董志塬植被黄土滑坡区为研究对象,探究草本植物护坡固土机制,并建立了草本植物根系加固边坡理论模型。研究结果可为植被护坡工程的实际应用提供理论指导,为定量化计算草本植物根系对黄土边坡的贡献提供基础。首先,通过在现场勘察取样,得到狗牙根系在天然坡体内的分布特征,以及在降雨后,狗牙根系能够提升浅层坡体内的含水率,其影响程度随着土层深度的增加而逐渐减弱。其次,通过室内直剪试验讨论了在不同根系含量、含水率及根系试样受力情况下,狗牙根系复合体的剪切强度和渗透特性。在法向应力为20k Pa时,根系试样的剪切强度峰值略低于素土试样;当法向应力逐渐增加时,根系的加筋作用才逐步体现,将在一定法向应力根土复合体试样最大剪切强度下的根系含量定义为最优含根率,试验过程中存在最优根系含量使得根土复合体的剪切强度峰值达到最值,最优根系含量与试样受到的法向应力有较强的相关性,与试样的含水率无关联。在根系含量不变时,随着根土复合体试样含水率的增加,其黏聚力和内摩擦角均呈现减小的趋势,当试样处于最佳含水率附近时,不同法向应力下对应的最优含根率试样的剪切强度提升幅值最大,最大值为46.98%;在根土复合体含水率确定时,随着根系含量的增加,根土复合体试样的黏聚力提升幅度呈先增大后减少的趋势,在0.6%时试样黏聚力均达到最大值,而含根率处于0.9%时,根系试样剪切强度提升幅度最大,根系对内摩擦角的变化较小。然后,通过自制的室内边坡降雨模型装置,来探究和模拟植物存在下黄土边坡的雨水侵蚀规律和滑坡的演变过程。最后,对草本植物根系固土护坡的力学机制做了分析与简化,得出了土壤一定深度下土体对根系的力学表达式、根周土体对根系的锚固作用及接触面上的摩擦力的表达式,采用综合μx值法确定根系与周围土体接触面的摩擦系数,为正确测算草本根系固护坡提供了理论基础。
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