車輛碾壓對沙質(zhì)草原表土物理力學(xué)性質(zhì)的影響

袁晨翔

摘要：目前，草原沙漠化已經(jīng)成為一種不可不可忽視的現(xiàn)象，其不僅不會(huì)破壞土層的穩(wěn)定性，同時(shí)還會(huì)使道路喪失使用功能。除自然因素之外，人為因素在其中所占比例較高，主要是由于機(jī)動(dòng)車的隨意碾壓而造成的。本文就選取了呼倫貝爾爾草原不同程度的碾壓區(qū)域作為試驗(yàn)樣本，對整個(gè)破壞過程及結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析，促使相關(guān)人員能夠以此為依據(jù)制定相應(yīng)的解決策略，保護(hù)植被與土層。

關(guān)鍵詞：車輛碾壓；沙質(zhì)草原表土；力學(xué)性質(zhì)

引言：

為了使草原能夠維持原本的生存狀態(tài)，并使沙漠化現(xiàn)象得到有效控制，當(dāng)前必須通過實(shí)驗(yàn)研究了解碾壓破壞的原理和過程，進(jìn)而以此為依據(jù)限制機(jī)動(dòng)車的行駛，確保不會(huì)對土層造成過于嚴(yán)重的破壞。本文就對這一問題進(jìn)行了具體分析。

一、概述

草原沙漠化的一個(gè)主要原因就是車輛輾壓，這主要是因?yàn)樵谀雺哼^程中會(huì)對植被及土壤造成嚴(yán)重破壞。經(jīng)過實(shí)踐調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在所有人為因素導(dǎo)致的沙漠化現(xiàn)象中，車輛行駛在其中所占的比例高達(dá)20%[1]。本文的主要探究對象是呼倫貝爾草原，風(fēng)蝕坑是其沙漠化的一種重要形式，機(jī)動(dòng)車碾壓在其中所占比例高達(dá)35%。另外，一些重型卡車在運(yùn)送材料的過程中會(huì)反復(fù)進(jìn)行碾壓，導(dǎo)致地表向下30厘米之內(nèi)的土層破壞現(xiàn)象十分嚴(yán)重，這就使得風(fēng)蝕坑沙漠化成為一種不可避免的現(xiàn)象。但針對這些問題，以往的研究局限于翻耕及防沙層面，而物理力學(xué)方面的研究十分之少。因此，本文就以表層沙土作為主要研究對象，分析碾壓所導(dǎo)致的力學(xué)變化，進(jìn)而明確草原沙漠化的機(jī)理和過程。

二、研究方法

本次研究共選取了四種不同的土質(zhì)，分別為未經(jīng)碾壓、碾壓不明顯、碾壓較為嚴(yán)重以及因碾壓導(dǎo)致道路廢棄。另外，選擇的研究對象是沙土表層30厘米之內(nèi)的土層。在研究過程中可主要分為四個(gè)步驟，首先是剖面觀測，這就需要在研究所在地進(jìn)行剖面的開挖，進(jìn)而在開挖過程中了解開挖的難度及植被的具體生長情況。第二是指標(biāo)試驗(yàn)，需要在每個(gè)地區(qū)分別選取不同埋深的土層作為試驗(yàn)對象，并且對每一種狀況都需要進(jìn)行三次試驗(yàn)，最終取平均值。另外，在實(shí)驗(yàn)過程中需要通過UU實(shí)驗(yàn)求出粘聚力，并利用固結(jié)儀推測出壓縮系數(shù)[2]。第三是原位測試，其主要指根據(jù)剪切變形的特征掌握沙土的承載能力。第四，在研究現(xiàn)場進(jìn)行碾壓試驗(yàn)，并對停留轍進(jìn)行測量。

三、結(jié)果分析

第一是土層剖面，研究結(jié)果表明碾壓在破壞植物根系的同時(shí)也對表層沙土造成了嚴(yán)重?fù)p壞。第二是力學(xué)性質(zhì)，首先是顆粒組成，其主要以細(xì)砂為主且標(biāo)配不良，碾壓較為嚴(yán)重的地區(qū)風(fēng)蝕現(xiàn)象及土壤破壞較為嚴(yán)重。其次是物理性質(zhì)，該項(xiàng)指標(biāo)主要用來體現(xiàn)土的軟硬程度，同時(shí)抗剪力取決于摩擦角和黏聚力，并且碾壓程度越強(qiáng)，土的硬度越高，也更加密實(shí)。最終的研究結(jié)果表明，由于受到碾壓的影響，使得表層沙土的上層土質(zhì)變得過硬，而下層依舊處于較為松軟的狀態(tài)，因此增大了土體的密度，使其不容易被壓縮。另外，碾壓方式的差異性也會(huì)產(chǎn)生不同特征的變形。由于沙土本身的強(qiáng)度較低，因此其所產(chǎn)生的變形通常為不可逆型[3]。同時(shí)，車轍使得土層的松動(dòng)現(xiàn)象十分嚴(yán)重，并且使得植被嚴(yán)重受損。

四、討論

研究結(jié)果顯示，碾壓不僅對植被根系造成嚴(yán)重破壞，同時(shí)也使得沙土的細(xì)粒組成在原有基礎(chǔ)上明顯有所減少。另外，車轍使得風(fēng)蝕問題越發(fā)嚴(yán)重，并且碾壓會(huì)使得土層的變形更加顯著，進(jìn)而引發(fā)不同程度的沉降，在這種情況下，風(fēng)力的侵蝕作用會(huì)逐漸形成規(guī)模極大的風(fēng)蝕坑。另外，經(jīng)過碾壓使得上層土質(zhì)變硬，這雖然對于工程的實(shí)施能夠起到促進(jìn)作用，但卻使得植被退化問題越發(fā)嚴(yán)重。在土質(zhì)硬度變大的過程中使得種子在土層下被壓制，無法自然生長，這就使得植被在被破壞的情況下恢復(fù)起來具有較大難度。同時(shí)，在碾壓之后土壤的養(yǎng)分明顯有所降低，其自然為無法為植物的生長提供充足的養(yǎng)分。另外，盡管一定程度的碾壓有利于增強(qiáng)土壤的強(qiáng)度，進(jìn)而將路面的變形問題控制在一定范圍內(nèi)，但如果土層本身強(qiáng)度較低，在超額負(fù)載的狀態(tài)下就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)蠕變，并且變形區(qū)域會(huì)逐步擴(kuò)大，導(dǎo)致土層產(chǎn)生破口，進(jìn)而將原本處于地面之下的散沙逐漸暴露出來[4]，這就使得風(fēng)蝕坑的形成成為一種不可避免的現(xiàn)象。另外，如果破口處所含水分過量，在荷載壓力之下就會(huì)出現(xiàn)沙土液化的現(xiàn)象，這會(huì)使得土體完全失去承載能力，進(jìn)而使道路無法用于正常通行。這時(shí)車輛的碾壓將會(huì)轉(zhuǎn)移至新路線，但在此過程中又會(huì)造成新的破壞?？傊雺核鸬牧W(xué)變化主要體現(xiàn)在壓縮、塑形以及剪力等各方面的破壞上，并且在破口處被侵蝕的過程中使得草原沙漠化的速度不斷加快。因此，當(dāng)前最重要的是加強(qiáng)道路建設(shè)，并對機(jī)動(dòng)車的行駛進(jìn)行明確規(guī)定，保護(hù)植被與土層。

五、結(jié)語

總而言之，當(dāng)前必須將草原沙漠化這一問題重視起來，了解車輛碾壓在其中所引發(fā)的后果，進(jìn)而對機(jī)動(dòng)車的行駛進(jìn)行控制。同時(shí)，還應(yīng)采取實(shí)驗(yàn)分析的方式明確碾壓的機(jī)理，在此過程中最重要的是確保樣本選取的合理性，這樣才能使分析結(jié)果更加可靠，本文就對此進(jìn)行了深入探究并分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]烏仁其其格，張德平，王長順.車輛碾壓對草原地下生物量和土壤養(yǎng)分的影響[J].草業(yè)科學(xué)，2013，30（12）：1513-1516.

[2]趙明華.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2012：87-88.

[3]孫宏偉，王效科.呼倫貝爾沙質(zhì)草原風(fēng)蝕坑研究[J].中國沙漠，2012，27（3）：20-24.

[4]尹玲，程永輝.呼倫貝爾沙質(zhì)草原表土物理力學(xué)性質(zhì)[J].中國沙漠，2014，34（7）：930-936.