摘要：为研究自然边坡其强度特性随含水率的变化规律。通过设计不同体积含水率(20%,27%,35%,40%,45%)和2种含根量(RAR=0.1%,0.3%)的重塑土进行不固结不排水三轴试验,以研究含水率对土体破坏方式、抗剪强度和初始切线模量的影响。结果表明:(1)试样破坏模式多为剪切变形和剪胀变形,在含水率为20%,27%时,出现明显剪切贯穿面破裂带,其余含水率下表现为剪胀变形;(2)含水率对根土复合体抗剪强度主要体现在黏聚力上,含水率从20%升至45%时,2种含根量的根土复合体黏聚力分别降低67%,72%;含水率低于35%时,可用对数关系表示,随含水率升高,黏聚力明显降低;含水率达到35%以上时,可用线性关系表示,黏聚力下降速度减缓;含根量增加,抗剪强度提高;(3)不同含根量和围压下根土复合体初始切线模量与含水率关系可以用线性关系拟合,含水率从20%升至45%时,2种含根量的根土复合体初始切线模量平均分别降低43%和47%。综合考虑土体弹塑性和植物因素对土体位移或变形的影响,可提高边坡稳定性计算精度。研究结果可为植物边坡以及水土保持植被建设治理提供科学参考,丰富根系固土领域的科学理论。

摘要：为研究降雨联合水位波动条件下的河岸稳定性动态机理,设计合理的生态护坡方案,采用实地勘察、力学试验、数值模拟相结合的方法揭示嘉陵江北碚段边坡稳定性随水位变动的特点及边坡失效机理,并对比传统护坡手段探讨“活木桩护坡”措施中的关键技术参数。结果表明:1)河岸滩涂边坡的稳定性随水位升降而波动,在水位消落阶段边坡稳定疾速下降,其原因为边坡外部静水压力随水位消落卸载,边坡内部指向坡外的渗透压力作用导致中坡位发生浅层破坏。在暴雨多发的夏秋季节,当江水位下降速率超过3 m/d应激发河岸滩涂的滑坡灾害预警;2)在活木桩的桩体直径和入桩角度固定的条件下,适当增加入桩长和减少桩间距有助于限制边坡水平位移,河岸滩涂缓坡的桩体配置建议为警戒水位和常水位之间的中上部,桩距2.3 m桩长3.3 m组合,且只有当桩长接近潜在滑动层时才会影响到表层土的稳定性;3)在优化参数配置下的活木桩配置初期,可在水位消落的极端条件下提高稳定系数18.6%,是传统草灌木固坡效果的3.8倍。木桩根系充分生长后可提高边坡稳定系数22.3%,较同配置桩体增加3.7%。

摘要：植物根系在土体剪切过程中的受力状态和失效方式随含水率的变化会影响根系固土能力,而根增抗剪强度的模型计算时往往忽略该方面的考虑,使估计值远高于实验值。为准确估计非饱和状态下根系的固土能力,以香根草根土复合体为对象,设计以土壤含水率和根系密度为变量的大盒直剪试验及单根拉拔试验,观察含根土体的抗剪强度和根系失效方式,基于此对根增抗剪强度进行估计。结果表明:1)在含水率相同的情况下,根增抗剪强度与根系密度呈正相关;根系密度一定的情况下,根增抗剪强度与含水率呈负相关。2)直径在0.2~2.2 mm单根样品的抗拉力和抗拉强度区间分别为3~19 N和5~29 MPa,根系的抗拉强度Tr和抗拉力t随直径D增大分别呈负幂函数和正幂函数(Tr=11.514D^(-0.885),t=9.5763D^(1.095));根系的拔出力p随直径变化也服从正幂函数(p=αD^(β),α>0,β>0),且含水率越高,α值越小。3)ω_(1)%、ω_(2)%、ω_(3)%、ω_(4)%4个含水率梯度下Wu模型根增抗剪强度值分别为试验值的1.834、1.864、1.889、1.873倍,而考虑含水率失效方式计算的根增抗剪强度值分别为试验值的1.337、1.028、0.788、0.481倍。因此:1)不饱和状态下,根系固土能力的大小主要与剪切过程中的拔出根数量比有关,直剪试验过程中含水率越高,根系的拔出根数量比越大,能充分发挥抗拉强度的根系数量越少,根增抗剪强度越小,根系固土的能力越弱;2)根系的抗拉强度、抗拉拔力与直径均呈幂函数关系,且随着含水率升高,抗拔力的拟合衰减系数增大;3)考虑含水率及根系失效方式后,所得根增抗剪强度的估计值比Wu模型更接近实验值。

摘要：根土盘是边坡林木力学分析建模和了解林木倒伏力学机制的重要模块。为实现基于植株地上部分易观测指标对根土盘几何参数的预测,以及分析根土盘形态特征的主要影响因子,对缙云山林地倒伏树木进行野外调查,统计杉木、润楠、大头茶的树高、冠高、冠幅、根土盘的迎风半径、背风半径、横向直径、根土盘深度、根系数量、地形坡度等指标,并对3种植物的根土盘根系抗拉强度进行测定,最终对调查数据进行统计拟合以及PCA分析。结果表明:1)大头茶具有最大的横向直径与最小的根土盘深度且表层根系数量多于杉木和润楠,根土盘整体呈宽浅圆盘状;杉木具有最小的横向直径与最大的根土盘深度且深层根系数量多于大头茶和润楠,根土盘整体呈窄深圆柱状;2)3种树木根土盘的横向直径、迎风半径、背风半径与胸径均呈较强的正相关关系(R^(2)>0.452),根土盘深度与胸径的相关性则较弱(R^(2)<0.047);3)PCA分析结果显示根土盘横向直径与根系数量和地形坡度呈较强正相关关系,根土盘深度与冠幅、冠高比呈较强正相关关系。综合得出:通过胸径可以对横向直径、迎风半径、背风半径这些指标进行相对比较好的预测,对根土盘深度的预测则较差;倒伏株的根土盘形态主要受根土盘根系数量、冠高比等决定,较多的根系数量和较大的地形坡度导致更大的根土盘横向直径,冠高、冠幅比较大的树木,导致更大的根土盘深度。

摘要：植物措施是水土保持措施的重要组成部分。植物被认为可以多角度加固土壤与边坡。以重庆缙云山地区的乔木种(四川山矾)和草本(狗牙根)作为研究对象,选择一片林窗裸地种植2种植物样本,对种植后3年的土壤抗剪强度、根系分布密度和根系强度等指标进行测定,评估不同植物种在不同种植时期、不同土层的固土效应,探讨不同植物种的土壤加固效应和作用机制,为以固土为主要指标的水土保持植物措施的植物选择提供理论依据。结果表明:1)2个物种都可以通过机械与化学固土作用加固土壤,其中机械加固作用为5~15 kPa,化学加固作用为0~7 kPa。狗牙根仅在种植的第2年,通过其较快生长的特性,在0~20 cm土层提供的土壤黏聚力增加值高于乔木12%,第3年后则高于乔木7%;2)2个植物种对土壤的加固效果都是机械加固作用高于化学加固作用,在0~20 cm土层,狗牙根的机械加固作用比化学加固作用约高52%,而四川山矾则高出26.2%。在20~40 cm土层,四川山矾的机械加固作用高于化学加固作用42.45%,狗牙根则不存在显著差别。不同类型的植物可能通过不同的方式加固土壤,有些可能有较多且强度较高的根系通过机械作用加固土壤;有些可能通过改变土壤本身的有效黏聚力和内摩擦角,通过化学作用加固土壤。寻找不同植物固土能力的特点,可为不同地区固土树种的选择提供理论依据。