砒砂岩区沙棘根系固坡效应及其机理研究

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1、分类号：S719学校代码：10697密级：公开学号：201531607专业学位硕士论文MASTER’SDISSERTATION砒砂岩区沙棘根系固坡效应及其机理研究学科名称：环境工程作者：马艺坤指导老师：杨方社教授西北大学学位评定委员会二○一八年Effectandmechanismofthefixedslopeofsea-buckthornrootsysteminthesandstoneareaAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMaster

2、inEnvironmentalEngineeringByMaYi-kunSupervisor:YangFangsheProfessorJune2018摘要摘要砒砂岩区是黄河粗沙多沙区的核心区域，属黄土高原剧烈侵蚀区。沙棘是该区水土保持先锋植物，具有良好的固土护坡与水土保持效应。本文选择沙棘植物根系为研究对象，探讨其固土护坡的效应及机理。基于野外试验与室内试验相结合，对试验数据进行分析处理，探讨沙棘根系形态分布特征、单根抗拉特性、根-土复合体抗剪特性及其主要影响因素。本研究可为沙棘植被防护边坡的设计及其种植参数的确定提供理论依据与参考，也可为后续系统深入地研究沙棘固土护坡效应与水

3、土保持机理奠定基础。研究成果如下：（1）沙棘根系为浅根型根系，根长、根量、根重主要集中在0-45cm深土层。该层根长占总根长的83.9%；根重占总根重的89%；根量占总根量的81.3%。沙棘根系根径集中在0-2mm之间，毛根发达，根量占总根量的90.3%；根长占总根长的57.2%，大量毛根的存在显著提高了边坡稳定性。（2）利用SketchUp软件对沙棘根系进行立体重现。由边坡稳定性理论可知，坡度越大，坡体安全系数越小。通过Up-slope一级侧根和坡面夹角进行非线性拟合发现沙棘萌蘖繁殖的坡度限值为59°，Up-slope坡度限值略大于59°。（3）沙棘单根抗拉特性受根径、标距及

4、加载速率等因素影响。单根最大抗拉力与直径、加载速率呈正相关，与标距呈负相关关系；抗拉强度与直径、标距、加载速率呈负相关关系；弹性模量、极限延伸率和抗拉力、抗拉强度一样，主要受根径影响；沙棘根段在受力初期满足胡克定律，说明其弹性材料特性，应力-应变曲线呈五种类型：锯齿型、双峰型、直线型、上凸型以及多峰型。（4）沙棘根-土复合体抗剪强度与垂直荷载之间呈正相关关系，符合莫尔-库仑理论。复合体粘聚力相比于素土整体增加，其增加最大倍数为2.65；含根土体粘聚力随含水率的增加呈先增加再减小的趋势，在复合体之间存在一个最优含水率，大致为13%-13.81%，接近这一范围时，沙棘根-土复合体之

5、间的粘聚力和抗剪强度达到最大值。含根量及土壤含水率对内摩擦角的影响均不显著，说明复合体之间主要通过粘聚力的作用稳固边坡。I关键词：根系形态，根-土复合体，直剪试验，抗拉特性，抗剪特性IIABSTRACTABSTRACTThesandstoneareaisthecoreareaofthecoarsesandandsandareaintheYellowRiver,whichisaseverelyerodedareaoftheLoessPlateau.Thesea-buckthornisthemainplantswhichcanmaintainthesoilandwaterinthe

6、sandstonearea,aswellassolidslopeprotection.Researcheditthemechanismofsolidsoilslopeprotection,thispaperselectssea-buckthornplantrootasresearchobject,discussedthecharacteristicsofrootmorphologydistributionofsea-buckthorn,thetensilepropertiesofsingleroot,theshearpropertiesofroot-soilcomplexand

7、themaininfluencing,basedonfieldexperimentandindoorexperiment,accordingtotheexperimentaldata,throughtheoreticalanalysis.Thispapercanprovidetheoreticalbasisandreferenceforthedesignandtheplantingparametersoftheprotectiveslopeofsea-buckthornvegetation.