不同土壤生物工程措施植物发展特征及固土效果研究

发布时间：2020-06-16 13:24

【摘要】：过去,我国的河流治理工程主要采用浆砌石与钢筋混凝土护岸,但这种护岸方法会阻挡河流水生态系统与陆地生态系统之间的有机联系,并会降低生境多样性,破坏河流的各种生态过程,从而导致水生态系统自我恢复及河流水体的自我净化能力降低。近年来,在河流生态修复中应用到一些生态工程措施,比如:人工植草护坡、生态袋护坡、网格生态护坡等,但这些护坡措施安全性较低,不能满足流速较高河流的治理要求,而土壤生物工程技术能够非常有效的改善整个土质岸坡的稳定程度,增强水生态系统自我恢复能力,相对于“硬”结构更加经济,相对于部分生态工程措施具有更高的安全性。但目前缺乏准确的量化评估方法来衡量对土壤生物工程技术在岸坡稳定中的作用效果,以致缺乏标准化的方法来指导土壤生物工程的营建和施工。因此,在当前我国河岸带生态系统退化严重的背景下,对土壤生物工程随着时间的发展特征开展研究,研究其对边坡抗剪强度和紧实度的作用效果,对推进土壤生物工程设计标准化,以及对未来的河岸生态修复具有重要的意义。本试验以旱柳活枝条为实验材料,在人工边坡上设置扦插、灌丛垫、层栽与梢捆四种土壤生物工程措施,分别于完工后4个月、8个月和12个月对不同土壤生物工程措施的植物生长情况进行调查,分析不同土壤生物工程措施植物地上部分和根系随时间的发展特征;通过单根抗拉试验定量分析植物根系抗拉力、抗拉强度与根系直径之间的关系,并得出旱柳根系的弹性模量;通过三轴剪切试验,得出不同土层土体的粘聚力和内摩擦角等参数;利用“RWM模型”得出四种措施根系的附加粘聚力,并量化得到四种不同土壤生物工程措施对土体抗剪强度的提高作用,再用有限元分析方法,量化研究四种不同措施的边坡安全系数。最后,通过数显土壤紧实度仪测定裸露边坡以及4种土壤生物工程措施边坡的土壤紧实度,研究结果表明:(1)扦插措施在完工4个月,8个月和12个月株高和基径生长最好,与其他三种措施差异性显著,四种土壤生物工程措施生长状况由好到差依次为扦插灌丛垫层栽梢捆。总体来看,4~8月植物的生长速度高于8~12月,植物生长初期发展较快。(2)扦插和层栽措施植物根系在0~30cm深度土层中较少,对表层土壤的稳固作用较小,灌丛垫和梢捆措施植物的根系在浅层土壤分布密集,稳固浅层边坡的效果比扦插与层栽两种措施好;完工12个月后扦插和层栽措施扎根深度超过60cm,且多为直径2mm的粗根,对深层土壤具有一定的稳定作用,其中介于30~50cm范围土层中根系干重占总根干重的94.9%,根径≥2 mm的粗根占总根干重的97.21%,灌丛垫和梢捆措施根系主要分布在0~30 cm深度土层中,灌丛垫措施根径≤1 mm的细根含量占总根量的32.8%,灌丛垫措施相对于其它三种措施细根最为发达,梢捆次之,细根含量占总根量的20.4%。扦插与层栽可以迅速且有效的稳定深层边坡,灌丛垫和梢捆措施在施工初期就能很好的起到保护边坡不受水流冲刷的作用,防止表土侵蚀。(3)新生根系中直径介于0~2mm的根系平均单根抗拉强度为22.82Mpa,为一级钢屈服强度的9.71%,能产生显著的根系加筋作用,直径介于2~3mm,3~4mm,4~5mm的根系平均单根抗拉强度分别为20.82Mpa,15.43 Mpa,12.69Mpa,分别为一级钢屈服强度的8.86%,6.57%,5.4%,能产生一定的锚固作用。旱柳植物根系的最大抗拉力随着根系直径增大而逐渐增大,抗拉强度随根系直径增大逐渐减小。(4)完工8个月后四种不同土壤生物工程措施根土复合体抗剪强度值比素土明显提高,扦插措施较素土的抗剪强度提高了53.62%,灌丛垫措施提高了44.19%,层栽措施提高了47.63%,梢捆措施提高了27.35%。完工12个月后,扦插,灌丛垫,层栽与梢捆四种措施抗剪强度比8个月后分别提高了23.09%,24.06%,25.47%和13.87%,其中扦插措施较素土的抗剪强度提高了64%,灌丛垫措施提高了57.6%,层栽措施提高了60.97%,梢捆措施提高了37.4%,四种措施边坡安全系数依次为扦插1.963,灌丛垫1.729,层栽1.807,梢捆1.485,对边坡稳定性贡献由大到小依次为扦插层栽灌丛垫梢捆。(5)施加了土壤生物工程措施的边坡土壤紧实度明显高于裸露边坡,特别是在坡底附近,土壤紧实度比裸露边坡提高了2.8~8倍。对土壤紧实度贡献由大到小依次为扦插层栽灌丛垫梢捆。四种措施相比于裸露边坡的稳定性都有了明显的增强,其中扦插措施最小安全系数增加了46.4%,灌丛垫措施增加了67.7%,层栽措施增加了41.8%,梢捆措施增加了29.2%,扦插措施对边坡紧实度贡献最为明显,边坡紧实度由大到小依次为:扦插层栽灌丛垫梢捆。综上所述,通过对完工4~12个月四种不同措施的植物生长特性及其对边坡的稳固效果分析可知,灌丛垫与梢捆措施更适合加固浅层土体,而扦插与层栽措施则可以锚固深层土壤。四种措施应用于河岸的护坡作用效果依次为扦插层栽灌丛垫梢捆,研究结果为土壤生物工程技术在河岸护坡的应用提供量化指标和理论指导。
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV861
【图文】：

变化图,土壤生物工程,安全性

土壤生物工程方法是生态工程的特例，施工植物材料是利用从母树条来施工，通常在两个月以后，扦插或埋在坡体的枝条开始形成不定植物的生长逐渐起到稳定坡面的作用(Huat,2008)。土壤生物工程技术生长,边坡会随着时间的推移逐渐达到稳定,其服务年限可达到几十多由 Schiechtl 教授亲自设计的土壤生物工程措施，已有 50 年的历史发挥着很好的作用效果。如图 1-1 所示，由传统工程和土壤生物工程时间的变化图可以看出，传统的浆砌石或钢筋混凝土工程的安全性在实比土壤生物工程的安全性高，但是随着时间的推移，土壤生物工程到并最终超过传统工程的安全性。

技术路线图,植物根系,元建模,植物学

学、植物学、水土保持与岩土叉研究。通过各个学科之间的间的相互作用关系，也可以推态建设的可持续发展。根据已系纤维的力学性能、根系与土等因素决定了植物根系的固土特征、根土复合体的应力应变征、植物根系的单根抗拉强度实验与室内实验相结合、实验限元建模与分析的方法，本研究

【参考文献】