荒漠植被根系增强河岸抗侵蚀性的机理研究.pdf

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1、类号：密级：学号：2015210543单位代码：10759石河子大学硕士学位论文荒漠植被根系增强河岸抗侵蚀性的机理研究学位申请人冯博指导教师宗全利教授王军政高级工程师申请学位类别专业硕士专业名称工程硕士研究领域水利工程所在学院水利建筑工程学院中国·新疆·石河子2018年05月StudyonMechanismofEnhancingRiverbank'sAnti-erosionwithDesertVegetationRootsADissertationSubmittedtoShiheziUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirement

2、sfortheDegreeofMasterofEngineeringByFengBoHydraulicEngineeringDissertationSupervisor:Prof.ZongQuanliSeniorEngineerWangJunzhengMay,2018石河子大学学位论文独创性声明及使用授权声明学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是在我导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示谢意。研究生签名：时间：年月

3、日使用授权声明本人完全了解石河子大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文在学校图书馆保存并允许被查阅。有权自行或许可他人将学位论文编入有关数据库提供检索服务。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。研究生签名：时间：年月日导师签名：时间：年本论文得到国家自然科学基金项目:干旱区荒漠植被对河岸侵蚀的影响机理及数值模拟（51569029）、水利部黄河泥沙重点实验室开放课题（2015005）及石河子大学高层次人才专项（RCZX201529）的资助，特此感谢！I摘要荒漠植被

4、根系对塔里木河干流的河岸侵蚀、崩塌及水土流失等方面具有一定的防护作用，为研究塔里木河干流岸坡荒漠植被根系对河岸抗侵蚀性能的增强作用，对上、中游8个典型河段进行了现场勘查，包括红柳、甘草、骆驼刺、芦苇、胡杨、白刺等6种典型植被的23组根-土复合体和无植被覆盖16组原装土体。结合室内土工试验和根系抗拉试验结果，分别建立了根系刚性和柔性状态的根土力学模型，计算了不同植被根系提高土体抗剪强度最大值和最小值范围；并用BSTEM模型对有植被覆盖河岸与无植被覆盖河岸分别进行了稳定性对比计算。具体如下：(1)塔里木河中游的河岸土体主要由粉质砂组成，包括细土砂和其他组分，土体垂向一般分为两层

5、，0~2.5m为粘土和细砂夹层，2.5~20m主要是细沙。土体的剪切强度受其组成和含水量的影响，经试验测试无植被覆盖土体粘聚力为3.14~16.51kPa，相应的内摩擦角为30.72°~33.93°，说明土体组成和含水量对剪切力的影响强度主要通过影响内聚力来实现的，对内摩擦角的影响很小。(2)对6种植被类型对应的40组土样的抗剪强度进行了测试，土体抗剪强度试验结果表明，根-土复合材料的粘聚力值为9.43~28.30kPa，一般高于无根土体的粘聚力值3.14~16.51kPa，但内摩擦角变化不明显，说明根-土复合体抗剪强度的增加主要是通过增加粘聚强度来实现的；且同一种植被的粘

6、聚力随着根体积密度RVD的增加而增加。(3)对不同植被类型的根（包括红柳、甘草、骆驼刺、芦苇、胡杨、白刺）进行拉伸试验，分析了不同根系的抗拉强度和分布特性；结果表明：随着根系直径的增加，根系的抗拉强度逐渐降低，抗拉力随直径的增加而增大。结合定量计算和显著性检验得到了不同根系直径和抗拉强度的回归方程，表明抗拉力与直径之间存在显着相关性22（R>0.95），但抗拉强度与直径的相关性较差（R=0.49～0.55）。(4)假设根系处于刚性或柔性状态，分别建立相应的根土力学模型，对相应的土体增加剪切强度的最大和最小值范围进行了计算，并与试验结果进行了对比，结果表明：实测的土体剪切强度

7、均在理论计算范围内，并且测量值更接近增加的最小剪切强度计算值，说明模型的计算方法合理，可以作为定量评价荒漠植被根系对增强土体抗剪强度的理论计算依据。(5)分别选取阿拉尔新大桥和沙雅大桥断面，运用BSTEM模型对有植被覆盖河岸与无植被覆盖河岸分别进行了稳定性计算，结果表明：有植被覆盖河岸稳定性普遍要比无植被覆盖河岸的稳定性强，进一步说明植被根系对河岸稳定性有一定的增强作用。关键词：荒漠植被根系；抗侵蚀性；塔里木河；植被护坡；根-土复合体；力学模型；根体积密度IIAbstractTherootsofdesertvege