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1、植物固坡机理研究中存在的问题及植物固坡的可行性-->摘要:代写岩土工程论文在总结国内外植物固坡方面的研究成果的基础上,详细介绍植物固坡方法的机理、根的分布特征与强度特征、根加筋后土的抗剪强度变化以及植物加筋土边坡的稳定性,提出植物固坡机理研究中存在的问题,如研究植物对边坡稳定性作用的模型手段仍需改进、机制研究尚不系统、应用研究亟待扩展。关键词:乔木根系;浅位滑坡;根的面积比率;生物量集度;无限滑动面模型；植物固坡1 前言随着人类生活水平和科技发展水平的提高,人们对环境的关注程度越来越大。评价一项工程的成败不再只是看技术方面的因素,而更从保护人类赖以生存的生态环境着眼。目前我国西
2、南山区广泛采用的高边坡、高挡墙无疑对生态环境造成了程度不同的破坏,应该及时引进国外正在研究的植物加筋理论,丰富我国的挡墙设计理论和方法。2 直根系的加筋作用机理2•1 根对边坡稳定性作用的影响因素根系对边坡土层的加固作用与根的分布形态、根在土中的含量和根的强度等因素有关。2•1•1 根的分布形态生长在一株植物上的根可以分为三种:侧根、垂直根和须根。植物根的形态决定了它对边坡稳定所起的作用,如垂直根和侧根所起的作用是不同的。一般来说,含有较多的垂直向下的穿过潜在剪切滑动面的强劲须根的根系,提高抗浅位滑坡的能力更强。2•1•
3、;2 土中根的含量土中根的含量不同,根对土的加筋作用的效果不同,因而植物对边坡稳定性的影响程度就不同。随着深度增加,根在土中的含量越来越少。衡量根在土中的含量的一个常用的指标是“根的面积比率”(RootAr-eaRatio简记为RAR),它指的是在一个土层断面上(水平断面或垂直断面)根的截面面积与总断面面积的比率。还有一种衡量土中根的含量的方法就是“根的生物量集度”,即单位体积土中根的质量,它和RAR存在一定的转化关系。2•1•3 根的强度根的强度受直径影响很大,很多研究表明,随着直径的增加,根的强度有降低的趋势。抗拉强度和直径之间存在如下关系:Tr=n
4、Dm(1)式中 Tr———根的抗拉强度(MPa);D———根的直径(mm);n、m———对于给定树种的经验系数。细小的根对土的抗剪强度的提高具有较大的贡献,这是由于细根不但具有较高的抗拉强度,而且由于比同样RAR的粗根具有较大的表面面积,所以和土之间的摩擦力较大,抵抗拉脱的能力较强。2•2 垂直根与土壤相互作用的力学模型现在常用的相对简单直观的根土作用模型是时,根的加筋作用逐渐减弱直至消失,这时安全系数和无根加筋时趋于相同,这一方面是由于随着深度的增加根的单位面积比RAR减小,另一方面随着深度的增加粘聚力对总抗剪强度的贡献减小,即F与H成反比。-->3 植物侧根的作
5、用周跃教授对植物侧根的作用做了很多研究工作,他通过对云南松的观测得出:在地表以下40cm的土层中侧根密集,一般占总根系生物量的60%以上,这些侧根顺坡延伸相互盘绕与土壤一起形成基本与坡面平行的根际土层。基于这样的分布特征,云南松侧根具有明显的水平牵引效应。根据根—土之间存在的摩擦型粘合键的破坏实质,得出植物侧根的斜向牵引效应可增强表面土层抗张强度的结论,并预测了根所能提供的最大抗张力。单根在受力拉断时的拉断力Fb为[3]:Fb=ArT(12)式中 Ar———根的横截面面积;T———根的抗张强度。在给定面积的土壤中,拉断所有的根的拉力为:∑Fb=∑(niFbi)=π4∑(niD2
6、iTi)(13) 故在给定面积的土壤中所有侧根所能提供给土层的抗张强度的增量ΔτT为:ΔτT=∑Fb/Ab(14)式中Ab为给定土壤的垂直截面面积。4 总结与展望从上面的研究结论来看,少量根的存在就会提高土层的抗剪强度,从而对边坡的稳定性产生很大影响。但是,由于自然根系的形态和力学特征的复杂性,我们对根系加固边坡的机理和应用方面还有很多工作要做,主要有以下几个方面: (1)根与土的相互作用机理还不很清楚。前人的研究只是通过现场观察发现边坡破坏时有的根被拉断,有的根被拔出,在具体的量值估计中也是在假设被拉断的基础上进行的。应该从根的形态出发结合微观力学和破坏力学的原理去分析摩
7、擦型根土粘合键的破坏机理。(2)根的形态问题。根的形态决定了根对边坡的加固作用的发挥。根的形态不仅受植物品种的限制,更受气候条件、土壤条件、水理条件以及边坡位置的影响,应该寻找更加合理可行的研究根的形态的方法。(3)根对边坡的稳定性的研究都是以单树单根为基础研究的,然而植物对边坡的加固作用往往是群树群根的作用结果。在群树群根作用下,植物侧根的作用将不再是单树单根作用的简单组合,所以应该进一步研究群树群根对边坡的作用,以滑动体为对象建立模型。(4)采用植物方法加固边坡是一种必然趋势,它适应人们
