【摘要】：過去,我國的河流治理工程主要采用漿砌石與鋼筋混凝土護(hù)岸,但這種護(hù)岸方法會阻擋河流水生態(tài)系統(tǒng)與陸地生態(tài)系統(tǒng)之間的有機(jī)聯(lián)系,并會降低生境多樣性,破壞河流的各種生態(tài)過程,從而導(dǎo)致水生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)及河流水體的自我凈化能力降低。近年來,在河流生態(tài)修復(fù)中應(yīng)用到一些生態(tài)工程措施,比如:人工植草護(hù)坡、生態(tài)袋護(hù)坡、網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡等,但這些護(hù)坡措施安全性較低,不能滿足流速較高河流的治理要求,而土壤生物工程技術(shù)能夠非常有效的改善整個(gè)土質(zhì)岸坡的穩(wěn)定程度,增強(qiáng)水生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)能力,相對于“硬”結(jié)構(gòu)更加經(jīng)濟(jì),相對于部分生態(tài)工程措施具有更高的安全性。但目前缺乏準(zhǔn)確的量化評估方法來衡量對土壤生物工程技術(shù)在岸坡穩(wěn)定中的作用效果,以致缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的方法來指導(dǎo)土壤生物工程的營建和施工。因此,在當(dāng)前我國河岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重的背景下,對土壤生物工程隨著時(shí)間的發(fā)展特征開展研究,研究其對邊坡抗剪強(qiáng)度和緊實(shí)度的作用效果,對推進(jìn)土壤生物工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化,以及對未來的河岸生態(tài)修復(fù)具有重要的意義。本試驗(yàn)以旱柳活枝條為實(shí)驗(yàn)材料,在人工邊坡上設(shè)置扦插、灌叢墊、層栽與梢捆四種土壤生物工程措施,分別于完工后4個(gè)月、8個(gè)月和12個(gè)月對不同土壤生物工程措施的植物生長情況進(jìn)行調(diào)查,分析不同土壤生物工程措施植物地上部分和根系隨時(shí)間的發(fā)展特征;通過單根抗拉試驗(yàn)定量分析植物根系抗拉力、抗拉強(qiáng)度與根系直徑之間的關(guān)系,并得出旱柳根系的彈性模量;通過三軸剪切試驗(yàn),得出不同土層土體的粘聚力和內(nèi)摩擦角等參數(shù);利用“RWM模型”得出四種措施根系的附加粘聚力,并量化得到四種不同土壤生物工程措施對土體抗剪強(qiáng)度的提高作用,再用有限元分析方法,量化研究四種不同措施的邊坡安全系數(shù)。最后,通過數(shù)顯土壤緊實(shí)度儀測定裸露邊坡以及4種土壤生物工程措施邊坡的土壤緊實(shí)度,研究結(jié)果表明:(1)扦插措施在完工4個(gè)月,8個(gè)月和12個(gè)月株高和基徑生長最好,與其他三種措施差異性顯著,四種土壤生物工程措施生長狀況由好到差依次為扦插灌叢墊層栽梢捆�？傮w來看,4~8月植物的生長速度高于8~12月,植物生長初期發(fā)展較快。(2)扦插和層栽措施植物根系在0~30cm深度土層中較少,對表層土壤的穩(wěn)固作用較小,灌叢墊和梢捆措施植物的根系在淺層土壤分布密集,穩(wěn)固淺層邊坡的效果比扦插與層栽兩種措施好;完工12個(gè)月后扦插和層栽措施扎根深度超過60cm,且多為直徑2mm的粗根,對深層土壤具有一定的穩(wěn)定作用,其中介于30~50cm范圍土層中根系干重占總根干重的94.9%,根徑≥2 mm的粗根占總根干重的97.21%,灌叢墊和梢捆措施根系主要分布在0~30 cm深度土層中,灌叢墊措施根徑≤1 mm的細(xì)根含量占總根量的32.8%,灌叢墊措施相對于其它三種措施細(xì)根最為發(fā)達(dá),梢捆次之,細(xì)根含量占總根量的20.4%。扦插與層栽可以迅速且有效的穩(wěn)定深層邊坡,灌叢墊和梢捆措施在施工初期就能很好的起到保護(hù)邊坡不受水流沖刷的作用,防止表土侵蝕。(3)新生根系中直徑介于0~2mm的根系平均單根抗拉強(qiáng)度為22.82Mpa,為一級鋼屈服強(qiáng)度的9.71%,能產(chǎn)生顯著的根系加筋作用,直徑介于2~3mm,3~4mm,4~5mm的根系平均單根抗拉強(qiáng)度分別為20.82Mpa,15.43 Mpa,12.69Mpa,分別為一級鋼屈服強(qiáng)度的8.86%,6.57%,5.4%,能產(chǎn)生一定的錨固作用。旱柳植物根系的最大抗拉力隨著根系直徑增大而逐漸增大,抗拉強(qiáng)度隨根系直徑增大逐漸減小。(4)完工8個(gè)月后四種不同土壤生物工程措施根土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度值比素土明顯提高,扦插措施較素土的抗剪強(qiáng)度提高了53.62%,灌叢墊措施提高了44.19%,層栽措施提高了47.63%,梢捆措施提高了27.35%。完工12個(gè)月后,扦插,灌叢墊,層栽與梢捆四種措施抗剪強(qiáng)度比8個(gè)月后分別提高了23.09%,24.06%,25.47%和13.87%,其中扦插措施較素土的抗剪強(qiáng)度提高了64%,灌叢墊措施提高了57.6%,層栽措施提高了60.97%,梢捆措施提高了37.4%,四種措施邊坡安全系數(shù)依次為扦插1.963,灌叢墊1.729,層栽1.807,梢捆1.485,對邊坡穩(wěn)定性貢獻(xiàn)由大到小依次為扦插層栽灌叢墊梢捆。(5)施加了土壤生物工程措施的邊坡土壤緊實(shí)度明顯高于裸露邊坡,特別是在坡底附近,土壤緊實(shí)度比裸露邊坡提高了2.8~8倍。對土壤緊實(shí)度貢獻(xiàn)由大到小依次為扦插層栽灌叢墊梢捆。四種措施相比于裸露邊坡的穩(wěn)定性都有了明顯的增強(qiáng),其中扦插措施最小安全系數(shù)增加了46.4%,灌叢墊措施增加了67.7%,層栽措施增加了41.8%,梢捆措施增加了29.2%,扦插措施對邊坡緊實(shí)度貢獻(xiàn)最為明顯,邊坡緊實(shí)度由大到小依次為:扦插層栽灌叢墊梢捆。綜上所述,通過對完工4~12個(gè)月四種不同措施的植物生長特性及其對邊坡的穩(wěn)固效果分析可知,灌叢墊與梢捆措施更適合加固淺層土體,而扦插與層栽措施則可以錨固深層土壤。四種措施應(yīng)用于河岸的護(hù)坡作用效果依次為扦插層栽灌叢墊梢捆,研究結(jié)果為土壤生物工程技術(shù)在河岸護(hù)坡的應(yīng)用提供量化指標(biāo)和理論指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TV861
【圖文】：

土壤生物工程方法是生態(tài)工程的特例，施工植物材料是利用從母樹條來施工，通常在兩個(gè)月以后，扦插或埋在坡體的枝條開始形成不定植物的生長逐漸起到穩(wěn)定坡面的作用(Huat,2008)。土壤生物工程技術(shù)生長,邊坡會隨著時(shí)間的推移逐漸達(dá)到穩(wěn)定,其服務(wù)年限可達(dá)到幾十多由 Schiechtl 教授親自設(shè)計(jì)的土壤生物工程措施，已有 50 年的歷史發(fā)揮著很好的作用效果。如圖 1-1 所示，由傳統(tǒng)工程和土壤生物工程時(shí)間的變化圖可以看出，傳統(tǒng)的漿砌石或鋼筋混凝土工程的安全性在實(shí)比土壤生物工程的安全性高，但是隨著時(shí)間的推移，土壤生物工程到并最終超過傳統(tǒng)工程的安全性。

學(xué)、植物學(xué)、水土保持與巖土叉研究。通過各個(gè)學(xué)科之間的間的相互作用關(guān)系，也可以推態(tài)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。根據(jù)已系纖維的力學(xué)性能、根系與土等因素決定了植物根系的固土特征、根土復(fù)合體的應(yīng)力應(yīng)變征、植物根系的單根抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、實(shí)驗(yàn)限元建模與分析的方法，本研究

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2716104