黄土区紫花苜蓿根土复合体摩擦锚固试验研究

发布时间：2020-03-21 23:57

【摘要】：水土流失引起的地表侵蚀、边坡失稳和水土流失已成为我国生态环境的主要问题,植物措施是防止水土流失最有效、最基本的方法。水土保持植物措施的实施很大程度上减少了水土流失灾害的发生。为了研究黄土区紫花苜蓿根系拉拔力学性能和固土抗蚀过程中根土复合体的摩擦锚固作用,以紫花苜蓿植物根系和黄土为研究对象,采用根系长度调查试验、单根原位拉拔试验和根土复合体剪切试验等多种试验方法相结合、室内外试验测量和理论分析相结合的技术路线,分析了不同直径段根系数量和根系横截面积随土体埋深的变化规律;研究了不同根系直径、根系长度、根系表面积、土壤含水量等因素对根系最大拉拔力的影响;研究了不同剪切深度、根面积比和土壤含水量下的根土复合体剪切规律;探讨了紫花苜蓿根土复合体摩擦锚固力学效应,研究结果对根土间受力关系和边坡稳定性研究具有重要意义。主要研究成果如下:(1)紫花苜蓿根系特点:根系直径、数量和根系横截面积随根系埋深增大而减小,根系埋深越大,其直径、数量和横截面积减幅越大;根系直径随根系长度增加而减小,根系长度与平均直径满足幂函数关系。(2)影响根系最大拉拔力的因素:根系最大拉拔力随根系直径增大而增大,满足幂函数关系;根系平均最大拉拔力与根系长度满足指数函数关系,根系长度越长,平均最大拉拔力越大;根系最大拉拔力随根系表面积增大而增大,满足幂函数关系;在5种不同含水量条件下(分别为7.84%、9.66%、13.02%、19.35%和27.06%),根系最大拉拔力随含水量增大而减小,含水量由7.84%增加到27.06%,最大拉拔力减少了接近一半(47.48%)。(3)根系破坏形式随含水量和根系直径的不同而变化:在以上5种含水量条件下,根系拔出率随含水量增加而增大,拔断率随含水量增加而减小,根系有拔出和断裂两种破坏形式;含水量9.66%下,根系拉断率为48.28%,拔出率为51.72%;根系断裂和拔出含水量临界值约为9%;根系最大拉拔力随根系直径增大而增大,直径小于根径临界值0.66 mm,断裂拉拔力大于拔出拉拔力,而直径大于根径临界值0.66 mm,断裂拉拔力小于拔出拉拔力。(4)苜蓿根系能增强土体的极限抗剪性能,苜蓿根系对土体极限抗剪性能的增强效应随土壤含水量增加而降低。含水量为18.97%时,根土复合体试样极限抗剪强度为10.02 kPa,剪切位移为70.55 mm,与裸地试样相比,极限抗剪强度最大增幅为89.41%,剪切位移增加约25 mm。剪切深度30 cm下,土壤含水量达到30%左右时,根系的固土增强效应非常有限,主要因为根系在此深度下分布数量较少以及较高土壤水分使土颗粒间粘聚力降低,使得根土复合体的极限抗剪强度降低。苜蓿根系对土体抗剪性能的增强效应随土体深度增加而减小,根系对浅表层土体抗剪强度的增强作用更为显著。(5)对于同一剪切深度、土壤含水量接近的条件下,根土复合体试样抗剪强度随根面积比RAR增加而增大。根面积比越高,根土复合体试样抗剪强度随剪切位移的变化也越大。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S157.43

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