椰糠-黏土植生基材崩解特性試驗(yàn)1)

蔣必鳳 晏超 李淑敏 杜慧慧

(三亞學(xué)院,三亞,572000)

工程建設(shè)活動(dòng)形成的大量裸露巖質(zhì)邊坡,不僅影響景觀效果,而且嚴(yán)重風(fēng)化的坡體會(huì)導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害。而巖質(zhì)邊坡不具備植被生長條件,生態(tài)修復(fù)時(shí)需要噴播供修復(fù)植被生長的基材(植生基材)。植生基材由基質(zhì)、土壤、植物種子等組成的混合物,是生態(tài)修復(fù)技術(shù)的核心。椰糠作為椰工業(yè)副產(chǎn)品,是將椰子殼打碎抽取其中長纖維后剩余的廢料,在農(nóng)業(yè)中有廣泛應(yīng)用。椰糠,不僅能改善土壤的理化性質(zhì),而且椰糠中含有一定量的椰纖維,對土體能起到加筋作用。將椰糠、黏土等組成植生基材,利用椰糠和黏土的優(yōu)點(diǎn),使基材具有良好的透水、保水、通氣、保肥等特性。在邊坡剛施工完成但植物還未長成或者生長早期,邊坡容易受到降雨沖刷;植物長成后,遇到降雨時(shí),由于雨水滲入,土體也會(huì)發(fā)生崩解現(xiàn)象,導(dǎo)致邊坡災(zāi)害。因此,邊坡植生基材遇水穩(wěn)定性是影響邊坡失穩(wěn)和破壞的重要因素[1-2]。

崩解又稱作濕化,指土體在靜水中發(fā)生碎裂解體塌落的現(xiàn)象[3];不僅作為土體可侵蝕性的一項(xiàng)重要評價(jià)指標(biāo),而且對邊坡穩(wěn)定性有重要影響。關(guān)于黃土、紫色土、紅黏土、棕壤等不同性質(zhì)土壤的崩解已有較多研究,包括土體崩解主要影響因素、測試方法、崩解過程特征、崩解機(jī)理等方面,但是研究成果主要集中在土體崩解的影響因素方面[4]。影響土體崩解的因素較多,首先最重要的是初始含水率,較多研究成果表明,崩解量和崩解速率均隨初始含水率降低而增加[5-12]。土體密度也是影響崩解特性的主要因素,相關(guān)研究結(jié)果表明,非飽和紅黏土崩解率隨壓實(shí)度增大而增大[7];有的研究表明,同一初始密度的重塑黃土,隨著干密度的增加崩解速率呈指數(shù)函數(shù)形式衰減[13];有的研究表明,壓實(shí)度和含水量的變化可統(tǒng)一用土的有效孔隙比進(jìn)行表達(dá),建立了有效空隙比與崩解速率的關(guān)系[14];有的研究表明,密度和含水率的協(xié)同作用,對崩解速率影響顯著[15]。土體自身的級配等,也是影響崩解特性的因素,相關(guān)研究表明,不同級配的砂巖和泥巖顆粒土料,細(xì)顆粒越多則抗崩解性越強(qiáng)[16]。崩解試塊形狀也會(huì)影響崩解特性,有的研究表明,相同體積試樣的比表面積越大,崩解速率越快,且試樣在水中的位置越深則崩解時(shí)間越短[2];棱邊越尖銳的凸面直立的原位試樣的邊界效應(yīng)越明顯[17]。還有一些外界因素,如坡度、凍融循環(huán)、植物根系、水溫等方面因素。有研究表明,隨坡度增加崩解速率先增加后減小[8];凍融作用可將土壤抵抗由內(nèi)到外發(fā)生侵蝕的能力,轉(zhuǎn)化為抵抗由外到內(nèi)發(fā)生侵蝕的能力[10];草類根系能顯著提高根土復(fù)合體的抗崩解性能[18];根系分布形式是林木根系影響土體崩解的主要因素[19];但水溫對土體崩解影響不大[5]。縱觀已有研究,主要是對單一土體進(jìn)行崩解特性研究,對于復(fù)合土體研究相對較少。而在黏土中添加椰糠后,改變了土體內(nèi)部結(jié)構(gòu),從而對復(fù)合土體崩解特性的影響較大,因此,深入研究椰糠-黏土植生基材復(fù)合土體崩解性能具有一定的實(shí)際意義。為此,本研究以黏土、椰糠為試驗(yàn)材料,以黏土質(zhì)量為基準(zhǔn),選擇占黏土質(zhì)量0～15%的椰糠、含水率30%～70%,按照正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)3組配合比,將黏土、椰糠、水進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌?裝入直徑50.46 mm、高50 mm的環(huán)刀內(nèi)制作試塊(試驗(yàn)樣品);將試塊在室內(nèi)自然環(huán)境中分別放置0、1、3、5、7、9 d,利用自制崩解儀進(jìn)行崩解試驗(yàn),每隔1 min測定試塊在水中的質(zhì)量(設(shè)置最長崩解時(shí)間為30 min),計(jì)算崩解量(試塊崩解的質(zhì)量占試塊初始質(zhì)量的比例);分析初始含水率、椰糠質(zhì)量比例、放置時(shí)間3個(gè)因素對椰糠-黏土植生基材崩解特性的影響。旨在為綜合生態(tài)修復(fù)裸露巖質(zhì)邊坡植被生長的基材(植生基材)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與主要儀器

本研究試驗(yàn)黏土土樣取自海南省三亞市三亞學(xué)院校內(nèi),取地表以下10～30 cm土層的黏土。椰糠取自三亞三力源椰糠生產(chǎn)基地,是椰子殼經(jīng)過打碎抽取出較長纖維后,剩余的帶有少量短纖維的殘?jiān)旌衔?用標(biāo)準(zhǔn)土壤篩進(jìn)行篩分,試驗(yàn)得到椰糠不同顆粒(d)級的質(zhì)量比例：d≤0.25 mm的占12.37%、0.25 mm10.00 mm的占1.66%。粒徑d≥2.00 mm的部分,主要是椰糠中含有的未通過土壤篩孔隙的少量纖維、粗粒塊等;纖維在土體中雖然可以起到加筋作用,但考慮到纖維在試塊中容易分布不均勻,造成試驗(yàn)誤差;而粗粒塊同樣容易分布不均;所以本研究試驗(yàn)采用直徑d≤2.00 mm篩分后的椰糠,能較均勻地和黏土進(jìn)行混合。

試驗(yàn)主要儀器有烘干箱、天平等土工實(shí)驗(yàn)基本儀器和自制崩解儀,根據(jù)質(zhì)量法測定土樣崩解(見圖1)。崩解試驗(yàn)網(wǎng)板采用1 cm×1 cm方格鐵絲網(wǎng)板,靜水天平精度為0.01 g。

圖1 崩解試驗(yàn)儀器簡圖

1.2 椰糠-黏土植生基材試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)

(1)初始配合比設(shè)計(jì)。本研究試驗(yàn)配合比以黏土質(zhì)量為準(zhǔn),采用占黏土質(zhì)量0～20%的椰糠和15%～110%初始含水率2個(gè)影響因素進(jìn)行正交設(shè)計(jì),配制大量試塊,分析各試塊成型狀況(見表1),以找到更加適合的崩解試驗(yàn)用配合比。

由表1可見：配制的試塊分為干松、濕潤、泌水、泥漿、泥水5種狀態(tài),當(dāng)初始含水率≤30%、椰糠質(zhì)量比例≥10%時(shí),配制的試塊基本處于干松狀態(tài);當(dāng)初始含水率≥70%、椰糠質(zhì)量比例≤5%時(shí),配制的試塊幾乎為泥水狀態(tài)。椰糠質(zhì)量比例、初始含水率2個(gè)影響因素對試塊的成型影響較大,椰糠具有較強(qiáng)的吸水性能,因此椰糠質(zhì)量比例增大,試塊成型需要的初始含水率則增大;反之,椰糠質(zhì)量比例小,則需要的初始含水率減小。干松和泥水狀態(tài)的試塊都不便于進(jìn)行崩解試驗(yàn),因此,需要對初始108組配合比進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整后確定最終崩解試驗(yàn)用配合比。

表1 初始配合比試塊狀態(tài)

(2)配合比優(yōu)化及最終試驗(yàn)用配合比的確定。根據(jù)不同配比試塊的初始成型狀態(tài),表1中試塊成型狀態(tài)為濕潤、泌水、泥漿狀態(tài)的配比適合用于崩解試驗(yàn)。根據(jù)前期試驗(yàn)可知,當(dāng)椰糠質(zhì)量比例超過15%時(shí),雖然可以通過增大初始含水率使試塊成型,但成型后的試塊由于椰糠質(zhì)量比例高,試塊孔隙率大、表觀密度小,崩解時(shí)試塊會(huì)漂浮在水面上。綜合考慮,本研究試驗(yàn)配比采用椰糠質(zhì)量比例介于0～15%之間、初始含水率介于30%～70%之間。試驗(yàn)配合比具體分為3組：第一組,低初始含水率采用30%、35%、40%的3個(gè)梯度,椰糠質(zhì)量比例采用0、3%、5%、7%、10%的5個(gè)梯度;第二組,中初始含水率采用50%,椰糠質(zhì)量比例采用0、3%、5%、7%、10%、13%、15%的7個(gè)梯度;第三組,高初始含水率采用60%、70%的2個(gè)梯度,椰糠質(zhì)量比例采用5%、7%、10%、13%、15%的5個(gè)梯度。

1.3 試塊制作

將室外所取土樣和椰糠分別過孔徑2 mm土壤篩,放入烘干箱中,以110 ℃溫度持續(xù)烘干12 h后用于試塊制作。根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的配合比,稱取對應(yīng)質(zhì)量的烘干后黏土、烘干后椰糠、水進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌?分3層裝入直徑為50.46 mm、高度50 mm的環(huán)刀內(nèi),每層分別進(jìn)行搗實(shí),保證混合土樣能充滿整個(gè)環(huán)刀,盡量減少制作試塊時(shí)產(chǎn)生不均勻現(xiàn)象導(dǎo)致的試驗(yàn)誤差。

1.4 試塊崩解試驗(yàn)方法

將制作好的試塊,在室內(nèi)自然環(huán)境中分別放置0、1、3、5、7、9 d后進(jìn)行崩解試驗(yàn)。崩解試驗(yàn)前調(diào)整好崩解試驗(yàn)裝置,然后將試塊脫模,放入網(wǎng)板上,讀取試塊在水中的初始質(zhì)量,并開始計(jì)時(shí),每隔1 min讀取天平讀數(shù),直至試塊完全崩解,最長崩解時(shí)間設(shè)置為30 min。為了平衡試塊質(zhì)量差異對崩解量造成的影響,試驗(yàn)采用累計(jì)崩解量反映試塊的抗崩解能力。

崩解時(shí)間t時(shí)累計(jì)崩解量計(jì)算公式：累計(jì)崩解量=[(m0-mt)/m0]×100%。mt為t時(shí)試塊在水中的質(zhì)量,m0為試塊在水中的初始質(zhì)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)材料不同配合比時(shí)植生基材試塊成型狀態(tài)的差異

試驗(yàn)材料配比不同、放置時(shí)間不同,植生基材成型狀態(tài)存在一定差異。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可見：

低初始含水率(30%、35%、40%)組中：對于剛制作的試塊,當(dāng)椰糠質(zhì)量比例為0且初始含水率為30%時(shí),底部有少量水分滲出,但隨著初始含水率增加,試塊逐漸成泥漿狀態(tài),從環(huán)刀取出后試塊坍塌;隨著椰糠質(zhì)量比例增加,試塊底部滲水逐漸減少,只有初始含水率40%且椰糠質(zhì)量比例為3%時(shí),底部水仍有較多水分滲出,因此不能脫模,其他試塊均可以脫模成型。放置1 d后,椰糠質(zhì)量比例為0時(shí),而初始含水率為35%、40%的試塊仍達(dá)不到脫模成型狀態(tài);直至放置3 d可以脫模進(jìn)行崩解試驗(yàn)。

中初始含水率(50%)組中：對于剛制作的試塊,椰糠質(zhì)量比例為0、3%時(shí),試塊底部滲出大量顏色渾濁的泥水,試塊表面水分較多,取出環(huán)刀后試塊會(huì)整體坍塌;椰糠質(zhì)量比例達(dá)到5%的試塊底部也有較多水分滲出,相比3%時(shí)滲出的水顏色較淺,也不能保持固定形狀,因此不能脫模;椰糠質(zhì)量比例為7%、10%的試塊底部有少量水分滲出,試塊可以脫模成型;椰糠質(zhì)量比例為13%、15%的試塊脫模成型較好。放置1 d后,試塊中水分有了一定蒸發(fā),但由于未脫模,蒸發(fā)水分速度較慢,未脫模試塊底部仍有水分滲出,達(dá)不到脫模條件;直至放置3 d,所有試塊才全部可以脫模。

高初始含水率(60%、70%)組中：對于剛制作的試塊,椰糠質(zhì)量比例為5%、7%時(shí),試塊中水分仍然較多,從環(huán)刀底部滲出大量水,均不能從環(huán)刀中脫模成型;當(dāng)初始含水率為70%時(shí),椰糠質(zhì)量比例為10%、13%的試塊,雖然能脫模,但是底部也有少許水分滲出;其他配比試塊脫模后能保持固定形狀,從而進(jìn)行崩解試驗(yàn)。放置1 d后,初始含水率為60%的未脫模試塊,底部基本沒有水分滲出,但脫模后試塊變形較大,所以不能脫模;初始含水率為70%的未脫模試塊,底部仍有少量水分滲出,試塊不能脫模成型。放置3 d,所有試塊均能脫模;但初始含水率為70%,且椰糠質(zhì)量比例為5%、7%的試塊,出現(xiàn)了椰糠和黏土分層明顯現(xiàn)象,椰糠聚集在上層,黏土分布在下層,在兩者分界處孔隙大、連接較為薄弱。

隨著初始含水率的增加,黏土與水將會(huì)形成泥漿,包裹住椰糠,作為椰糠顆粒間黏結(jié)劑;隨著水分蒸發(fā),流動(dòng)狀的黏土逐漸硬化,硬化后形成的結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定,在水中抗崩解能力加強(qiáng)。當(dāng)椰糠質(zhì)量比例過大,黏土不足以包裹椰糠時(shí),空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會(huì)降低,導(dǎo)致抗崩解能力下降。黏土、椰糠、水3種材料的配合比,決定了試塊空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的大小。

2.2 不同配合比植生基材試塊崩解現(xiàn)象

從放置時(shí)間看,除部分不成型不能進(jìn)行崩解試驗(yàn)的試塊以外,對于能脫模成型的剛制作的試塊以及放置1 d的試塊,在水中崩解反應(yīng)較為劇烈,整體呈現(xiàn)坍塌狀態(tài)。含有椰糠的試塊,放置水中后0～3 min內(nèi)有大量氣泡溢出,椰糠較快地浮出水面,隨著椰糠質(zhì)量比例增大,浮出水面的椰糠越多。椰糠質(zhì)量比例為0時(shí),只有初始含水率為30%且放置1 d才能進(jìn)行崩解試驗(yàn);但試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),由于試塊含水率比較高,試塊沒有完全固結(jié),崩解時(shí)水面有較多泡沫,水體渾濁。

隨著放置時(shí)間的增加,由于脫水作用使試塊含水率未達(dá)到飽和,試塊放入水中后因吸水作用會(huì)使表面溢出較多氣泡。

(1)初始含水率50%及以上的試塊,放置3 d及以上時(shí),隨著椰糠質(zhì)量比例的增加試塊吸水現(xiàn)象越明顯。以50%初始含水率為例,不含椰糠時(shí),試塊入水后,由外層逐層脫落,3 min后,水面泡沫較多,水體渾濁;當(dāng)添加椰糠后,崩解時(shí)水面上的椰糠和泡沫較多,水體渾濁,但隨著椰糠質(zhì)量比例的增加,浮出水面的椰糠減少;椰糠質(zhì)量比例為10%時(shí),試塊在水中吸水增加質(zhì)量,無明顯崩解痕跡,試塊棱角依舊分明;椰糠質(zhì)量比例達(dá)到13%,放置3 d,試塊漂浮在水中而不發(fā)生崩解;椰糠質(zhì)量比例達(dá)到15%時(shí),崩解時(shí)椰糠浮出水面較多,試塊抗崩解能力開始減弱。

(2)低初始含水率組中,當(dāng)椰糠質(zhì)量比例為0時(shí),初始含水率越高,試塊在水中崩解現(xiàn)象越明顯,水面泡沫越多,水體越渾濁。當(dāng)初始含水率為30%,隨著椰糠質(zhì)量比例的增加,試塊吸水現(xiàn)象明顯,若椰糠質(zhì)量比例達(dá)到10%,試塊放入水中大量椰糠浮出水面,水體渾濁。當(dāng)初始含水率為35%,椰糠質(zhì)量比例為5%的試塊,吸水最明顯,放置時(shí)間越長則吸水越多;椰糠質(zhì)量比例達(dá)到7%,則試塊放入水中時(shí)大量椰糠浮出水面,水體渾濁。當(dāng)初始含水率為40%時(shí),所有試塊吸水較少,試塊放入水中后,水面泡沫較多,水體渾濁,椰糠慢慢浮出水面;若椰糠質(zhì)量比例達(dá)到10%,則試塊放入水中后大量椰糠立即浮出水面。

2.3 放置時(shí)間、椰糠質(zhì)量比例、初始含水率對試塊崩解量的影響

由試塊不同崩解時(shí)間的崩解量可見,試塊在30 min崩解時(shí)間內(nèi),5、10、20 min的崩解時(shí)間能較好地反映出試塊的抗崩解特性(見表2)。

2.3.1放置時(shí)間相同、椰糠質(zhì)量比例相同時(shí)初始含水率對試塊崩解量的影響

以低初始含水率組試塊放置5 d為例,當(dāng)椰糠質(zhì)量比例為0,初始含水率為30%的試塊結(jié)構(gòu)密實(shí),在水中幾乎不發(fā)生崩解,抗崩解能力最強(qiáng),隨著初始含水率的增加,累計(jì)崩解量越大,抗崩解能力越弱;椰糠質(zhì)量比例增加到3%,抗崩解能力從大到小的試塊初始含水率依次為35%、30%、50%、40%;當(dāng)椰糠質(zhì)量比例為7%～10%,若初始含水率為40%,則試塊不能形成較為緊密結(jié)構(gòu),在30 min內(nèi)發(fā)生完全崩解,需要達(dá)到50%及以上初始含水率才能使試塊具有較強(qiáng)的抗崩解能力。

低、中、高初始含水率組均有質(zhì)量比例為5%的椰糠,因此以椰糠質(zhì)量比例為5%為例。由圖2可見,不管放置幾天,初始含水率為40%、70%試塊的累計(jì)崩解量較大,抗崩解能力最弱。當(dāng)初始含水率低于40%,放置時(shí)間為3、5 d時(shí),初始含水率30%比35%的試塊抗崩解能力強(qiáng),但放置5 d后,情況相反;當(dāng)初始含水率大于40%,放置3 d以后,則試塊抗崩解能力從大到小的初始含水率依次為60%、50%、70%。

表2 放置不同時(shí)間的試塊在崩解時(shí)間5、10、20 min時(shí)的累計(jì)崩解量

隨著椰糠質(zhì)量比例的增加,攪拌混合基材所需水量則越多,低初始含水率組試塊不能形成較為致密結(jié)構(gòu),抗崩解能力大幅度減弱。以椰糠質(zhì)量比例10%為例,由圖3可見：中、高初始含水率組試塊抗崩解能力,明顯高于低初始含水率組試塊;放置5 d及以下時(shí),抗崩解能力從大到小的初始含水率依次為50%、60%、70%;放置時(shí)間大于5 d后,抗崩解能力從大到小的初始含水率依次60%、50%、70%。初始含水率為50%、60%的試塊,放置時(shí)間小于9 d時(shí),試塊在水中一直處于吸水增加質(zhì)量狀態(tài),崩解現(xiàn)象不明顯;放置時(shí)間達(dá)到9 d時(shí),吸水增加質(zhì)量后逐步發(fā)生崩解。

2.3.2放置時(shí)間相同、初始含水率相同時(shí)椰糠質(zhì)量比例對試塊崩解量的影響

以初始含水率70%為例,由表2和圖4可見：當(dāng)初始含水率較高時(shí),隨著椰糠質(zhì)量比例的增加,試塊的最終累計(jì)崩解量越小,抗崩解能力越強(qiáng)。當(dāng)放置時(shí)間達(dá)到7 d及以上,椰糠質(zhì)量比例為15%的試塊累計(jì)崩解量增大,反而低于椰糠質(zhì)量比例為13%的試塊的抗崩解能力。

當(dāng)初始含水率到50%時(shí),由表2和圖5可見：除椰糠質(zhì)量比例為15%的試塊,其他試塊均隨著椰糠質(zhì)量比例的增加,抗崩解能力逐漸增強(qiáng);放置時(shí)間達(dá)到7 d后,椰糠質(zhì)量比例為13%、15%的試塊,抗崩解能力開始降低,低于椰糠質(zhì)量比例為10%的試塊。

當(dāng)初始含水率降到40%,由表2可見,椰糠質(zhì)量比例為10%的試塊,大部分在5 min內(nèi)發(fā)生完全崩解,僅有1組在10 min內(nèi)發(fā)生完全崩解。當(dāng)初始含水率降到35%時(shí),椰糠質(zhì)量比例為7%的試塊,均在20 min內(nèi)發(fā)生完全崩解;椰糠質(zhì)量比例為10%的試塊,在10 min內(nèi)發(fā)生完全崩解。

縱坐標(biāo)刻度值的負(fù)數(shù),是指試塊因吸水過多使得mt大于m0,計(jì)算時(shí)累計(jì)崩解量為負(fù)數(shù);圖例中30%、35%、40%、50%、60%、70%為試塊的初始含水率。

縱坐標(biāo)刻度值的負(fù)數(shù),是指試塊因吸水過多使得mt大于m0,計(jì)算時(shí)累計(jì)崩解量為負(fù)數(shù);圖例中30%、35%、40%、50%、60%、70%為試塊的初始含水率。

縱坐標(biāo)刻度值的負(fù)數(shù),是指試塊因吸水過多使得mt大于m0,計(jì)算時(shí)累計(jì)崩解量為負(fù)數(shù);圖例中0、3%、5%、7%、10%、13%、15%為試塊的椰糠質(zhì)量比例。

由此可見：椰糠質(zhì)量比例和初始含水率的協(xié)同作用,影響試塊的抗崩解能力。只有椰糠和初始含水率達(dá)到一個(gè)較為合適的比例,才能使得試塊結(jié)構(gòu)密實(shí),較好地抵抗水的作用。

2.3.3初始含水率相同、椰糠質(zhì)量比例相同時(shí)放置時(shí)間對試塊崩解量的影響

試塊放置時(shí)間影響試塊成型和試塊即時(shí)含水率(水分蒸發(fā)后試塊中的實(shí)際含水率),從而影響試塊的抗崩解性能。由表2可見：隨著初始含水率的增加,試塊越不容易成型,當(dāng)初始含水率相對較高時(shí),有些試塊放置1 d后仍然還未成型。對于放置0、1 d的成型試塊,也全部在崩解時(shí)間5 min、或10 min、或20 min發(fā)生完全崩解,僅有1組配比(初始含水率為35%、椰糠質(zhì)量比例為3%)的試塊完全崩解時(shí)間延續(xù)到20 min以上,但不超過30 min。由此可見,當(dāng)放置時(shí)間較短,試塊中即時(shí)含水率仍然較高,試塊抗崩解能力還未形成。當(dāng)放置時(shí)間達(dá)到3 d,隨著試塊中含水率逐漸減少,試塊抗崩解能力才逐步形成。隨著放置時(shí)間的增加,試塊抗崩解能力逐步增強(qiáng)。

以崩解時(shí)間為20 min的累計(jì)崩解量為準(zhǔn),由表2可見：除“初始含水率30%+椰糠質(zhì)量比例為3%”、“初始含水率50%+椰糠質(zhì)量比例為7%”、“初始含水率60%+椰糠質(zhì)量比例為7%”3個(gè)配比試塊外,其余配比試塊在放置5～7 d時(shí),累計(jì)崩解量最小,抗崩解能力達(dá)到最大值;對于“初始含水率30%+椰糠質(zhì)量比例為3%”的試塊,在放置3 d時(shí),累計(jì)崩解量最小。對于“初始含水率50%+椰糠質(zhì)量比例為7%”、“初始含水率60%+椰糠質(zhì)量比例為7%”的試塊,在崩解時(shí)間為20 min時(shí),9 d時(shí)累計(jì)崩解量還未達(dá)到最大值,若崩解時(shí)間為30 min,試塊在7 d時(shí)的累計(jì)崩解量最小,抗崩解能力最強(qiáng)。

由上可知,試塊的抗崩解能力隨放置時(shí)間的增加而增加,但當(dāng)試塊放置時(shí)間過長,抗崩解能力反而降低。

3 結(jié)論與建議

巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)基材,不僅需要保證植物較好生長,同時(shí)也需要具備較強(qiáng)的黏結(jié)穩(wěn)定性,特別是降雨時(shí)期,由于水的作用更容易導(dǎo)致邊坡修復(fù)基材的滑落、崩解。椰糠營養(yǎng)物質(zhì)含量高、質(zhì)地疏松,與黏土、水?dāng)嚢杌旌虾?利用黏土具有的高黏性形成一個(gè)較為穩(wěn)定的并帶有較多孔隙的結(jié)構(gòu),作為一種較好的生態(tài)修復(fù)基材。

經(jīng)過初始配合比試驗(yàn),選擇了具有代表性的初始含水率、椰糠質(zhì)量比例、放置不同時(shí)間的試塊進(jìn)行崩解試驗(yàn),結(jié)果表明：

①不同質(zhì)量比例的椰糠、黏土、水?dāng)嚢杌旌虾?形成干松、濕潤、泌水、泥漿、泥水5種狀態(tài),影響混合物狀態(tài)的主要因素是椰糠質(zhì)量比例、初始含水率,椰糠質(zhì)量比例增大則試塊成型需要的初始含水率增大。當(dāng)初始含水率≤30%且椰糠質(zhì)量比例≥10%,混合物干松,較難壓實(shí)成型;而當(dāng)初始含水率≥70%且椰糠質(zhì)量比例≤5%時(shí),混合物呈現(xiàn)泥水狀態(tài),流動(dòng)性較大;這兩種狀態(tài)都不太符合工程實(shí)際中對噴播植生基材的要求,不建議采用上述范圍的初始含水率、椰糠質(zhì)量比例。若初始含水率小于30%,則基材中椰糠質(zhì)量比例過小,不適合植物生長;若初始含水率超過70%,則椰糠質(zhì)量比例過大,基材水穩(wěn)定性差。因此,建議工程實(shí)踐中,椰糠植生基材混合物初始含水率一般不超過干黏土的70%,且不能小于30%。

②初始含水率、椰糠質(zhì)量比例不同,椰糠植生基材試塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的形成機(jī)理不同。一種是當(dāng)初始含水率小于50%時(shí),試塊具有較好塑性,施加外力進(jìn)行壓實(shí),使試塊達(dá)到一定的密實(shí)度,形成穩(wěn)定性;另一種是初始含水率達(dá)到50%及以上,則混合物中水分相對較多,黏土與水可以形成泥漿,包裹住椰糠,基材混合物具有一定的流動(dòng)性,依靠材料自身質(zhì)量以及流動(dòng)性,則可以形成較高密實(shí)度,具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。在工程實(shí)踐中,往往采用濕噴的方式,將植生基材與植物種子一同噴播到邊坡上,構(gòu)建植被生長環(huán)境;因此,噴播基材初始含水率相對較高,一般利用第二種方式形成邊坡基材的穩(wěn)定性。從試塊崩解特性的角度,建議在工程實(shí)踐中采用50%～60%的初始含水率,椰糠質(zhì)量比例采用10%～13%,此時(shí)崩解性能較好;配置椰糠植生基材時(shí),初始含水率增加則椰糠質(zhì)量比例也需要增加,但隨著椰糠質(zhì)量比例的增加,孔隙率越來越高,泥漿不足以包裹住所有椰糠,試塊密實(shí)度則會(huì)降低,抗崩解能力變差。

③放置時(shí)間也是影響椰糠植生基材試塊崩解特性的重要因素,當(dāng)放置時(shí)間小于等于1 d時(shí),崩解反應(yīng)劇烈,多數(shù)試塊在5～10 min內(nèi)發(fā)生完全崩解。隨著放置時(shí)間的增加,水分逐步蒸發(fā),黏土逐漸凝結(jié),試塊抗崩解強(qiáng)度逐漸形成,一般放置5～7d 會(huì)達(dá)到最大值。因此,在工程實(shí)踐中,剛噴播完的邊坡一定要采取防護(hù)措施,避免雨水的直接沖刷;1周左右,種子開始發(fā)芽,在氣候允許條件時(shí),可以逐步去除防護(hù)措施。

④配合比不同的椰糠植生基材試塊,崩解現(xiàn)象差別較大。椰糠質(zhì)量比例少的試塊,崩解時(shí)氣泡相對較少;隨著椰糠質(zhì)量比例的增加,崩解時(shí)氣泡增多。放置時(shí)間較短時(shí),崩解反應(yīng)劇烈,呈現(xiàn)泡騰現(xiàn)象,水體渾濁,泡沫較多,且較多椰糠浮出水面,試塊快速崩解。在中、高初始含水率組中,特別是當(dāng)放置時(shí)間達(dá)到3 d及以上,隨著椰糠質(zhì)量比例增加,試塊崩解吸水現(xiàn)象特別明顯,甚至在30 min內(nèi)一直保持吸水狀態(tài)。在工程實(shí)踐中,可以利用椰糠植生基材較好的吸水性能,下雨時(shí)能從外界吸收一定的水分,保證植物良好的生長。

⑤在黏土比例不變時(shí),初始含水率、椰糠質(zhì)量比例、放置時(shí)間3個(gè)影響因素協(xié)同作用,影響試塊成型后內(nèi)部結(jié)構(gòu),從而影響椰糠植生基材試塊的崩解現(xiàn)象、累計(jì)崩解量、崩解速率等崩解特性。