黄土边坡典型护坡植被的根系加固力学效应演化分析

作     者：包含 敖新林 高月升 兰恒星 郭冠淼 郑涵 BAO Han;AO Xin-lin;GAO Yue-sheng;LAN Heng-xing;GUO Guan-miao;ZHENG Han

作者机构：长安大学公路学院陕西西安710064 黄土科学全国重点实验室(筹)陕西西安710054 陕西省水务集团有限公司陕西西安710075 长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 自然资源部生态地质与灾害防控重点实验室陕西西安710054 长安大学水利与环境学院陕西西安710054 

出 版 物：《中国公路学报》 (China Journal of Highway and Transport)

年 卷 期：2024年第37卷第6期

页      面：98-110页

核心收录：

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(42041006,42077265,41927806) 陕西省重点研发计划项目(2023-YBSF-486) 陕西省科学技术协会青年人才托举计划项目(20220707) 西安市未央区科技和工业信息化局项目(202120) 

主　　题：路基工程 植被护坡 试验研究 草本根系 力学效应 

摘      要：植被防护是增强边坡浅层力学稳定性,恢复路域生态环境的重要手段。为了研究草本植物对黄土边坡的加固效应,以典型护坡植被高羊茅为例,获取其各发育阶段根系的形态参数指标,并进行拉伸试验,得到根系力学特性演化规律。此外,通过直剪试验获得了原状根土复合体的抗剪强度参数,采用响应面法分析了各因素对根系加固力学效应的影响程度,并将植物生长状况的跟踪应用于土体强度的演化解释,进而分析根系发育周期内边坡浅层力学稳定性的变化。研究结果表明:根系的形态参数指标均随发育时间而显著增大,根土间的相互作用得到提升,根系对土壤的加固效应逐渐增强,沿土层深度方向呈现出依次减弱的空间差异性;根系的抗拉力、极限延伸率、抗拉强度以及弹性模量均随发育时间呈现正相关关系,且上层根系所能提供的抗拉力最大,对复合体的力学加固效应也最强;根系可以改变土体剪切力学行为特征,增大剪切峰值强度,延长剪切峰值位移,在边坡受到剪切破坏时,能够抵抗更大的极限剪应力,并延长破坏时间,且加固效果随着坡度的提升而显著增大,法向应力、含水率、根面积比对土体的力学效应逐次增强;基于高羊茅根系,优化了Wu-Waldron-Model根土复合体模型中的固土修正因子k,建立了更加精确量化根系固土效应的计算方法。