高速公路切方边坡防护草本植物根系固土能力研究

发布时间：2019-07-16 09:10

【摘要】：植物护坡技术是一种兼顾边坡防护、生态修复和环境保护等多项功能的先进技术,现已广泛应用在工程建设领域。它涉及生态学、生物学、景观学、工程学以及美学等领域,与相关各学科有着十分紧密的联系。从工程学领域来看,可以研究植物护坡的施工工艺以及针对不同边坡的情况所采取的工程与植物防护相结合的方案。从生态学领域来研究植物根系和土壤的相互作用,研究植物与环境的相互作用,来阐述植物护坡的机理,比较不同植物在边坡防护上的能力差异。以往的研究当中,目光多集中在以乔木、灌木类植物根系的研究上,相对来说对于草本植物根系的护坡能力研究较少。本学位论文结合生产实际对广南高速路段进行了边坡防护的调查,对研究区段内高速公路切方边坡应用最多的三种主要草本植物的根系的分布特征、根系的抗拉能力与和根土复合体的抗剪强度等进行室内实验测量研究,探讨了边坡的防护机理,对植物间的防护能力进行了比较分析。主要研究成果如下：(1)三种防护植物狗牙根(Cynodondactylon(Linn.)Pers.)、黑麦草(Lolium multiflorum Lam.)、高羊茅(Festuca elata Keng ex E. Alexeev.)的根系分布较浅,根系含量均随着土层深度的增加逐渐递减,两者呈指数相关的关系。三种植物根系多数分布在0～8cm深度范围内,占总根量94%以上,大于8cm深度的土壤中,只有少量根系分布。0～10cm土层深度范围内根系的含量黑麦草高羊茅狗牙根,在根系分布范围内,边坡土体可以看作是由根系和土壤组成的一种复合材料,草本植物发达的须根,穿过土壤,如同给土壤“加筋”,可以大大加强边坡的稳定性和抗冲刷性。(2)在直径小于1mm的根系中,三种植物单根均具有很大的抗拉强度,狗牙根、黑麦草和高羊茅最高抗拉强度分别可达44.840MPa、01.859MPa和174.628MPa。不同植物之间的根系抗拉能力也存在有差异,狗牙根、黑麦草、高羊茅三种植物相比,单根抗拉能力高羊茅黑麦草狗牙根。(3)在直径小于1mm的根系当中,三种植被单根最大抗拉力均随着直径的增大而逐渐增大,而抗拉强度则随着直径的增大而呈现逐渐降低的趋势。狗牙根、黑麦草和高羊茅单根抗拉能力与根系直径均呈指数函数的关系。根系的抗拉力和抗拉强度与直径的这种关系使得,在直径小于1mm的范围内,三种植物的根系的最大抗拉力随着根系直径的增大而增大,同时其抗拉强度随着直径的增大而逐渐降低。(4)含有三种草本植物(狗牙根、高羊茅、黑麦草)根系的土体的抗剪切能力较无根土体有明显提高,抗剪切强度随着根系含量的增加而增加。相比于无根系土,在1倍、1.25倍、1.5倍、1.75倍、2倍于实测根密度的条件下,狗牙根的内聚力由14.57KPa增加到17.01KPa,内摩擦角由28.22°增加到30.11°,高羊茅的内聚力由17.31KPa增加到21.34KPa,内摩擦角由28.59°增加到30.25°,黑麦草的内聚力由19.24KPa增加到26.81KPa,内摩擦角由29.54°增加到31.98°。其中内聚力c的变化幅度要大于内摩擦角的变化幅度。在根系含量增加比率相同的情况下,内聚力的增加幅度要大于内摩擦角增加幅度,说明狗牙根、高羊茅、黑麦草三种植物能够提高边坡土体的抗剪切能力和增强边坡的稳定性一个显著原因是根系的掺入使得根系和土壤形成一个复合材料,大大提高了其内聚力。狗牙根、黑麦草和高羊茅三种植物相比,同等条件下,土体内聚力增加值,黑麦草高羊茅狗牙根,即三种植物在提高土体抗剪切能力上,黑麦草高羊茅狗牙根。从广南高速公路切方边坡植物防护的三种草本植物研究结果认为,草本植物在维持边坡稳定上能力突出。草本植物的根系含量随着深度逐渐降低,单根的抗拉强度而言,高羊茅要优于黑麦草优于狗牙根,而对于含根土体来说,其抗剪切强度,黑麦草优于高羊茅,高羊茅优于狗牙根。
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U416.14

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