多花木兰对边坡加固作用的研究

作     者：刘奥林 

作者单位：中南林业科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：易文

授予年度：2020年

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 090707[农学-水土保持与荒漠化防治] 0907[农学-林学] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：多花木兰 根系抗拉强度 根土复合体抗剪强度 植物吸力 Green-Ampt模型 模拟人工降雨 

摘      要：高速公路施工过程中由于地形复杂和地质脆弱的问题会出现高填深挖,既打破了当地生态环境系统,又容易引起威胁生命财产安全的水土流失、塌方、泥石流等地质灾害。随着我国道路建设的不断发展,对边坡工程的建设越来越重视,有效的预防和治理措施的研究是保证边坡的重要课题。本文依托国家林业局948项目“深路堑边坡景观恢复关键术引进（项目编号为101-9968）和大岳高速第八合同段边坡实体工程,以种植的多花木兰作为研究对象,研究工作的主要成果如下:（一）根系形态分布研究通过模拟边坡相似条件自制模型箱,发现模型箱中2年生多花木兰的水平根最为发达,最长为50cm,并存在较多的斜生根和垂直根,而垂直根最长为60cm所占比例约等于水平根量,并且整体根系形状呈锥形,有效根系主要分布在0-60cm范围内的土层。多花木兰沿深度范围其根系数量和横截面积均为先增加后减少,且存在一个峰值,达到峰值后,随着深度的增大根数减少的幅度更大,最后根据对统计数据的分析,可得到根系数量和总横截面积与深度的关系。（二）力学效应探究多花木兰根系的抗拉强度随根系直径从细到粗的变化范围为17.82～80.99MPa,其与HPB235钢筋相比,抗拉强度约为钢筋的3/40～1/3。多花木兰根系在同一径级下的最大拉拔力随着含水率的增加,呈先增大后减小的趋势,当含水率在21.5%左右时,根系拉拔力达到最大值,其根系在径级范围内的抗拉力为17.6～167.6N。当含水率为21.5%时,在同一法向应力情况下,复合体的抗剪强度随着含根量的增加先增大后减小,可以得到存在临界含根量且为0.6g/cm3左右。（三）水文及生态效应探究模拟人工降雨,当降雨强度土体入渗速率时,降雨强度越小,植被覆盖度越高,则坡面产流时间越长,降雨导致的坡面径流携带的泥沙含量越少,覆盖度为100%的边坡,泥沙含量仅为0.14%和0.23%,坡体较稳定。考虑植物蒸腾、吸水作用对土体内部含水率的改变,并在吸湿力、毛细压力理论的基础上,从微观角度得到土颗粒松散堆积和紧密堆积时的植物吸力的表达式。由于植物根系占据土体孔隙,影响湿润锋的入渗,据此改进Green-Ampt模型,得到改进的湿润锋深度公式,结合根系抗拉性能额外提供的抗滑力得到降雨条件下植被边坡非饱和入渗时的安全系数公式。