植物根系固土护坡微观机理分析

《植物根系固土护坡微观机理分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、植物根系固土护坡微观机理分析　　摘要：植物根系如同复合材料中的纤维，与土体紧密结合形成特殊的根-土复合体，从而提高土体强度和延性，增强边坡稳定性。综合国内外研究学者对植物护坡机理的分析，认为植物根系具有牵拉锚固作用和摩擦加筋作用。为了深入研究不同植物种、不同根型的根-土复合体的护坡贡献及其护坡机理，从微观力学角度，借鉴晶须增强复合材料的增强机理，提出根系具有负荷传递和削弱破坏作用。　　关键词：根-土复合体；根系；微观机理；护坡　　Abstract：Rootsystemissimilartofiberofcompositematerial，whichcombinecloselywi

2、thsoiltoformspecialsoil-rootcomposite，consequentlyenhancesoilstrength，ductilityandslopestability.Throughthesynthesisofvegetationprotectionmechanism，rootsystemplayroleoftractionanchoringandfrictionreinforcement.Inordertointensivestudytheslopeprotectioncontributionandmechanismofdifferentplantsa

3、nddifferentkindsofsoilrootcomposite，theloadtransmissionandweakendestructiveeffectsareputforwardfromthepointviewofmicromechanics，whichisreferenceforthewhiskerenhancementmechanism.　　Keywords：soil-rootcomposite；rootsystem；6micromechanism；slopeprotection　　土体具有一定的抗压和抗剪强度，而其抗拉强度却很低。在土内加入植物根系，根系材料通过

4、摩擦力将自身的抗拉强度与土体的抗压强度结合起来，从而加强了土体的稳定性，减小了变形[1]。Gray（1995）和Leiser采用复合材料的理论解释了根的土壤加强作用的机制，提出具有较大抗张强度和聚合能力的根系如同复合材料中的纤维一样与强度相对较低的土壤紧密结合形成一个特殊复合材料[2]。近些年来，国内外学者对根-土复合体的增强作用和利用植物根系提高坡体稳定的护坡机理进行了较为深入的研究，提出植物根系作为根-土复合材料的增强材料，其抗拉强度、抗剪强度和弹性模量等力学特性远远大于土体，由此使复合体具有更高的强度特性。乔木及部分灌木植物一般具有较大的根径，根系主要发挥牵拉锚固作用和斜向

5、牵引作用[3～4]，而对于部分矮生灌木植物和草本植物根径较小，细根和毛根较为发育，大部分根径≤2mm，这些根系在土体中如同纤维加筋材料，可发挥摩擦加筋作用，提高根-土复合体粘聚力。此外，本文将借鉴晶须增强复合材料的增强机理[5]，重点从微观角度考虑，对根-土复合体的护坡机理进行分析和概括。　　1摩擦加筋作用6　　根-土复合体是由土和植物根系材料组成的复合体，它们共同受力、协调变形。当受到外荷载作用时，土体和根系都发生变形，由于根系材料的弹性模量高于土体的弹性模量，因此根系和土体之间产生相互错动或有相互错动趋势，进而根-土体间产生摩擦力，通过摩擦力，根系材料将本身的抗拉强度与土体的

6、抗压强度结合起加来，并相互调动，从而提高土体强度，减小变形。分析边坡土体的应力可知，对于根-土复合体其根系材料为土层提供了附加“粘聚力”△c，它一方面使原土体的抗剪强度向上推移了距离△c，另一方面又因限制了土体的侧向膨胀而使σ3增大到σ3'，在σ1不变的情况下使最大剪应力减小，这两种作用使边坡土体的承载能力提高[6]。　　1981年Waldron等提出垂直根与土壤作用的力学模型[7]，定量分析植物根系对土体的加筋作用。当根的延伸方向与土体的剪切区正交情况时，假设根的表面受到足够的摩擦力和约束力，使根不至于被拉出，则当土中有剪应力发生时，根的错动位移使根伸长，从而使根内产生拉力TR

7、，TR沿剪切法线方向的分力可直接抵抗剪切变形，TR沿法线方向的分力可增加剪切面上的正应力，于是，根-土复合体抗剪强度的增量为ΔτR=（TR/A0）（sinθ+cosθtanφ），以上公式中的值（sinθ+cosθtanφ）对于常见的土的θ值和φ值，变化不大，可对该项用一个平均值K来代替，所以公式可简化为：Δs=K×TR×■，式中TR指单根抗拔力，AR指根面积比，A指剪切面积；由上式可知，根-土复合体抗剪强度的增量与植物单根在作用面积上的抗拉强度和植物根系面积比，这种关系同样适用于