植根對(duì)受水位升降影響的湖岸邊坡土的影響探究

(合肥工業(yè)大學(xué) 安徽 宣城 242000)

我國(guó)地質(zhì)和水文條件復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，而湖岸邊坡失穩(wěn)形成的滑坡則是其中一類嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害。湖岸邊坡長(zhǎng)期處于水位變動(dòng)狀態(tài)，如果不對(duì)其進(jìn)行有效的保護(hù)，特別容易造成岸坡失穩(wěn)進(jìn)而產(chǎn)生滑坡，對(duì)其附近的道路或者建筑有著極大的威脅。所以，我們有充分的理由去重視湖岸邊坡的穩(wěn)定性。

水位升降是觸發(fā)水岸邊坡地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的主要因素，由其引發(fā)的邊坡失穩(wěn)問(wèn)題將會(huì)直接影響與其接觸的交通線路或建筑物。而水岸邊坡失穩(wěn)形成滑坡是由多種因素造成的，一是由于邊坡范圍內(nèi)的巖土體自身的物理力學(xué)性質(zhì)及地質(zhì)構(gòu)造條件，二是水位升降導(dǎo)致邊坡滲流場(chǎng)的變化是產(chǎn)生滑坡的主要因素。由于水位變動(dòng)，其水文地質(zhì)條件逐漸變化，岸邊一定范圍內(nèi)的土體的物理力學(xué)性質(zhì)也隨即變化，體現(xiàn)在巖土體抗剪強(qiáng)度的降低，水岸邊坡易發(fā)生失穩(wěn)破壞，特別在水位快速升高或驟降時(shí)，坡體內(nèi)產(chǎn)生朝坡外方向的滲透力導(dǎo)致下滑力突增，進(jìn)而誘發(fā)滑坡，此時(shí)岸坡失穩(wěn)破壞具有突發(fā)性。[1]

對(duì)于湖岸邊坡，水位的升降是無(wú)法控制的自然變化，水位的升降，改變了岸邊坡上原土的含水率，而土的內(nèi)摩擦角會(huì)隨含水率的增大出現(xiàn)呈指數(shù)函數(shù)降低的情況，土的內(nèi)摩擦角的大小取決于土粒間的摩阻力作用和連鎖作用,內(nèi)摩擦角就反映了土的摩阻性質(zhì)。土的粘聚力也會(huì)隨含水率的增大按Gaussion函數(shù)先增大后減小，土的黏聚力是黏性土的特殊性質(zhì)指標(biāo),黏聚力包括土顆粒間分子引力形成的原始的黏聚力和土中化合物膠結(jié)作用形成的固化黏聚力[2]。土的內(nèi)摩擦角和粘聚力決定了土的抗剪強(qiáng)度，水位的升降，嚴(yán)重影響著湖岸邊坡土的強(qiáng)度。如果湖岸邊坡防護(hù)設(shè)施不好，長(zhǎng)期水位升降加上雨水沖刷，護(hù)坡的現(xiàn)象時(shí)有可能發(fā)生。而在坡面上布設(shè)植物措施,林冠層和草冠部可以有效地減少雨蝕,欄截雨水,延長(zhǎng)產(chǎn)流時(shí)間,增加地表水下滲,影響徑流系數(shù)K值,減少?gòu)搅鞣逯?延緩匯流時(shí)間。溝道內(nèi)生長(zhǎng)的植物增大了溝道的糙率，降低了流速，從而減少輸沙率。徑流中運(yùn)動(dòng)的泥沙顆粒會(huì)部分會(huì)被植物群體阻攔而沉積，從而降低了坡面的土壤侵蝕量。根部深入土里，可以增強(qiáng)土的抗剪強(qiáng)度，起到固土作用。[3]對(duì)于植物根系對(duì)坡土的錨固作用，我組以高羊茅和燈心草為對(duì)象進(jìn)行根土復(fù)合物剪切試驗(yàn)，測(cè)出其內(nèi)摩擦角和粘聚力并與素土進(jìn)行比較。

試驗(yàn)步驟為：在試驗(yàn)地取適量土樣，根據(jù)相應(yīng)含水率對(duì)碎土加濕；小心取試驗(yàn)植物的部分主根和側(cè)根，清洗后在水中浸泡一段時(shí)間令其飽和，測(cè)出其密度直徑長(zhǎng)度等參數(shù)。然后將根按照生長(zhǎng)規(guī)律及生長(zhǎng)密度插入所取土樣并壓實(shí)，再用環(huán)刀取出得根土復(fù)合體試樣。開(kāi)始快剪試驗(yàn):

(1)對(duì)準(zhǔn)上下盒,插人固定銷。在下盒內(nèi)放不透水板。將裝有試樣的環(huán)刀平口向下,對(duì)準(zhǔn)剪切盒口,在試樣頂面放不透水板，然后將試樣徐徐推人剪切盒內(nèi),移去環(huán)刀。

(2)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,使上盒前端鋼珠剛好與負(fù)荷傳感器或測(cè)力計(jì)接觸。調(diào)整負(fù)荷傳感器或測(cè)力計(jì)讀數(shù)為零。順次加上加壓蓋板、鋼珠、加壓框架,安裝垂直位移傳感器或位移計(jì)，測(cè)記起始讀數(shù)。

(3)施加垂直壓力。

(4)施加垂直壓力后,立即拔去固定銷。開(kāi)動(dòng)秒表，宜采用0.8mm/min～1.2mm/min的速率剪切,每分鐘4轉(zhuǎn)～6轉(zhuǎn)的均勾速度旋轉(zhuǎn)手輪,使試樣在3min～5min內(nèi)剪損。當(dāng)剪應(yīng)力的讀數(shù)達(dá)到穩(wěn)定或有顯著后退時(shí)，表示試樣已剪損,宜剪至剪切變形達(dá)到4mm。當(dāng)剪應(yīng)力讀數(shù)繼續(xù)增加時(shí)，剪切變形應(yīng)達(dá)到6mm為止，手輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn),同時(shí)測(cè)力計(jì)讀數(shù)并根據(jù)需要測(cè)記垂直位移讀數(shù),直至剪損為止。

(5)剪切結(jié)束后,吸去剪切盒中積水,倒轉(zhuǎn)手輪,移去垂直壓力、框架、鋼珠、加壓蓋板等,取出試樣。需要時(shí),測(cè)定剪切面附近土的含水率。

(6)計(jì)算，制圖。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：含水率為20%時(shí)，素土的內(nèi)摩擦角為6.28°，粘聚力為59.235KPA，而相同含水率，我們插入0.1%的高羊茅草根后的根土混合物的內(nèi)摩擦角為10.60°，粘聚力為63.315KPA；我們插入0.1%的燈芯草草根后的根土混合物的內(nèi)摩擦角為16.33°，粘聚力為88.830KPA。含水率為22.5%時(shí)，素土的內(nèi)摩擦角為5.18°，粘聚力為46.305KPA，而相同含水率，我們插入0.1%的高羊茅草根后的根土混合物的內(nèi)摩擦角為7.86°，粘聚力為46.775KPA；我們插入0.1%的燈芯草草根后的根土混合物的內(nèi)摩擦角為5.40°，粘聚力為47.250KPA。含水率為25%時(shí)，素土的內(nèi)摩擦角為4.97°，粘聚力為17.955KPA，而相同含水率，我們插入0.1%的高羊茅草根后的根土混合物的內(nèi)摩擦角為4.63°，粘聚力為28.823KPA；我們插入0.1%的燈芯草草根后的根土混合物的內(nèi)摩擦角為1.19°，粘聚力為18.333KPA。在我們的試驗(yàn)數(shù)據(jù)里，含水率在20%到25%之間土的含水率越高，土的內(nèi)摩擦角和粘聚力越小，而同等含水率下根土復(fù)合物的粘聚力和內(nèi)摩擦角更大一些，這也驗(yàn)證了植物根部對(duì)湖岸邊坡是有一定的錨固作用的。

淺根加筋，深根錨固，植物護(hù)坡，源于傳統(tǒng)護(hù)坡技術(shù)而優(yōu)于傳統(tǒng)。雖前期需要精選維護(hù)，但是植物護(hù)坡后益無(wú)窮，前景無(wú)限。