植被混凝土的抗崩解性能研究

摘要：通過崩解試驗(yàn)，探討不同吸水率條件下植被混凝土的崩解行為及其隨時(shí)間的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明，植被混凝土的崩解量在初期階段迅速增加，隨后逐漸趨于平衡；吸水率對崩解行為有顯著影響。較高吸水率在初期階段加速了植被混凝土的崩解過程，但隨后崩解速率下降；較低吸水率的試件在后期顯示出較高的崩解速率；適中的吸水率有助于維持植被混凝土的抗崩解性能。

關(guān)鍵詞：礦山邊坡；生態(tài)修復(fù)；植被混凝土；抗崩解性能

中圖分類號：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）09-0-03

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Research on the Anti Disintegration Performance of Vegetation Concrete

JIA Qifei1，2， GOU Xiang1，2， TAN Wanfeng1，2， NIE Huiping1，2， XU Sisi1，2， PENG Xu1，2

（1. The Sixth Geological Brigade of Jiangxi Geological Bureau;

2. Nuclear Industry Zhicheng Construction Engineering Co.， Ltd.， Yingtan 335000， China）

Abstract： Explore the disintegration behavior and temporal variation of vegetation concrete under different water absorption rates through disintegration tests. The experimental results indicate that the disintegration of vegetation concrete increases rapidly in the initial stage and gradually approaches equilibrium thereafter; the water absorption rate has a significant impact on the disintegration behavior. The higher water absorption rate accelerates the disintegration process of vegetation concrete in the initial stage， but then the disintegration rate decreases. The specimens with lower water absorption rate showed higher disintegration rate in the later stage. Moderate water absorption helps maintain the anti disintegration performance of vegetation concrete.

Keywords： mining slope; ecological restoration; vegetation concrete; anti disintegration performance

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，礦產(chǎn)資源開發(fā)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位日益凸顯，成為推動社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱[1-2]。然而，大規(guī)模的礦山開采活動在帶來經(jīng)濟(jì)收益的同時(shí)，對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞。礦山邊坡的生態(tài)修復(fù)不僅關(guān)乎礦山的可持續(xù)發(fā)展和區(qū)域生態(tài)安全，而且對維護(hù)社會穩(wěn)定和人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要的意義。通過科學(xué)合理的修復(fù)措施，能夠促進(jìn)受損生態(tài)系統(tǒng)的自然恢復(fù)，恢復(fù)植被覆蓋，改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性，從而降低地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)生態(tài)修復(fù)能夠提升生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能，如水源涵養(yǎng)、土壤保持和生物多樣性恢復(fù)等，從而保障生態(tài)安全，維持區(qū)域生態(tài)平衡，最終實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧共生。近年來，植被混凝土作為一種新型生態(tài)修復(fù)材料，逐漸在礦山邊坡修復(fù)工程中得到廣泛應(yīng)用。植被混凝土具有良好的力學(xué)性能，能為植物生長提供適宜的環(huán)境，促進(jìn)植被恢復(fù)。

目前，植被混凝土抗崩解性能尚未得到充分關(guān)注。崩解性能是評估植被混凝土材料在自然環(huán)境中長期耐久性的重要指標(biāo)，直接關(guān)系到修復(fù)工程的效果和持久性[3-4]。如果植被混凝土的崩解性能不佳，在遇水后可能會迅速失去強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)完整性，導(dǎo)致邊坡修復(fù)失敗，甚至引發(fā)次生災(zāi)害。針對該問題，開展礦山邊坡生態(tài)修復(fù)植被混凝土的抗崩解性能影響研究，為植被混凝土在礦山邊坡生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)方案

選用江西省的常見土壤作為基礎(chǔ)材料，經(jīng)過篩分處理，取小于2 mm的顆粒，按照前期方案比例添加水泥、植物生長基材、保水劑和肥料等材料制備植被混凝土試件，確保各組分混合均勻。按照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123—2019），采用環(huán)刀法從每個試件中取樣并開展崩解試驗(yàn)，將植被混凝土試樣放在網(wǎng)板中央，網(wǎng)板掛在浮筒下，然后手持浮筒頸端，迅速地將試樣浸入浮筒中，開動秒表，測記開始時(shí)浮筒齊水面處刻度的瞬間穩(wěn)定讀數(shù)及開始時(shí)間。按0 min、10 min、20 min、30 min、60 min等時(shí)間測記浮筒齊水面處的刻度讀數(shù)，并記錄試樣的崩解情況。

2 結(jié)果討論

2.1 植被混凝土崩解量與吸水率關(guān)系

植被混凝土崩解量試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，在不同吸水率條件下，植被混凝土崩解量在前10 min內(nèi)急劇增長，10%、15%、20%和25%吸水率的植被混凝土崩解量分別為50.6%、54.7%、60.7%、60.4%，前期表現(xiàn)了明顯的濕化崩解特性。而在60 min時(shí)植被混凝土崩解量基本達(dá)到平衡狀態(tài)，表明植被混凝土崩解行為后期逐漸趨于穩(wěn)定[5]。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在試驗(yàn)前10 min內(nèi)，各組植被混凝土的崩解量相對接近，表明不同吸水率條件下的抗崩解性能在初期階段差異不大，原因是植被混凝土初期結(jié)構(gòu)未被充分破壞，吸水率對其崩解行為的影響尚未顯現(xiàn)。而隨著試驗(yàn)時(shí)間延長，各組試件的崩解量逐漸拉開差距，25%吸水率的試件崩解量最高，表明其抗崩解性能最弱，而10%吸水率的崩解量最小，表現(xiàn)其具備較強(qiáng)的抗崩解能力。各組試件崩解量的差異在10～30 min最顯著，30 min后崩解量趨于穩(wěn)定。在崩解階段，較高吸水率加速了植被混凝土崩解，可能是因?yàn)樗譂B透迅速導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞。盡管20%和25%吸水率的植被混凝土均表現(xiàn)出較高的崩解量，但20%吸水率的試件整體上表現(xiàn)出相對較強(qiáng)的抗崩解性能，表明適中的吸水率有助于提高抗崩解性能。因此，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)不同環(huán)境條件確定植被混凝土的吸水率，以優(yōu)化抗崩解性能。

2.2 植被混凝土崩解速率與時(shí)間的關(guān)系

植被混凝土的崩解量、時(shí)間按照二次多項(xiàng)式函數(shù)擬合，結(jié)果如表1所示。由表1可知，各函數(shù)的R2均高于0.9，擬合效果滿足要求。對擬合函數(shù)求導(dǎo)后可得到植被混凝土崩解速率函數(shù)和曲線，其結(jié)果如表1、圖2所示。

從圖2可以看出，隨著試驗(yàn)時(shí)間延長，不同含水率的植被混凝土崩解速率呈現(xiàn)下降趨勢，在30 min時(shí)崩解速率曲線下降趨勢發(fā)生變化，表明其崩解過程具有明顯階段性特征。在試驗(yàn)初期，水分迅速進(jìn)入混凝土表層，對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響，導(dǎo)致早期的崩解速率較高。觀察發(fā)現(xiàn)，該階段的崩解主要集中在表層和淺層結(jié)構(gòu)。隨著試驗(yàn)持續(xù)進(jìn)行，植被混凝土的崩解速率逐漸降低，表明崩解行為經(jīng)過一段時(shí)間后逐步減緩，原因是隨著表層和淺層的崩解，內(nèi)部結(jié)構(gòu)開始承受更大的壓力，逐漸適應(yīng)水分的侵入，減緩了崩解速度。此外，隨著時(shí)間延長，植被混凝土內(nèi)部水分分布趨于均勻，局部區(qū)域水分飽和，導(dǎo)致水分對材料的影響減弱，從而使崩解速率逐漸下降[6-8]。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，含水率會影響崩解速率。試驗(yàn)前30 min內(nèi)，含水率為25%的植被混凝土崩解速率最高，而含水率為10%的植被混凝土崩解速率最低。在高含水率條件下，水分能夠迅速滲透到混凝土內(nèi)部，降低土壤顆粒間的黏結(jié)力，導(dǎo)致整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性下降，崩解現(xiàn)象加劇。試驗(yàn)30 min后，含水率為25%的植被混凝土崩解速率變得最低，而含水率10%的植被混凝土崩解速率最高，推測含水率25%的植被混凝土在前30 min內(nèi)經(jīng)歷了快速崩解，表層和淺層在早期遭到嚴(yán)重破壞，崩解行為基本結(jié)束，其崩解速率大幅下降。含水率為10%的植被混凝土在前30 min內(nèi)尚未經(jīng)歷充分崩解，內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對完整，后續(xù)時(shí)間段內(nèi)的崩解速率仍然較高。

3 結(jié)論

通過研究礦山邊坡生態(tài)修復(fù)植被混凝土的抗崩解性能，得到以下結(jié)論。第一，植被混凝土崩解量隨時(shí)間推移逐漸增加，試驗(yàn)前10 min內(nèi)，25%吸水率的植被混凝土崩解量最高，10%吸水率的崩解量最低，高吸水率導(dǎo)致植被混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞加劇。第二，隨著時(shí)間的延長，植被混凝土的崩解量增長逐漸放緩，各組試件的崩解量差異逐漸減小并趨于穩(wěn)定，當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行至60 min時(shí)，植被混凝土崩解過程基本達(dá)到平衡狀態(tài)。在試驗(yàn)初期，不同吸水率的植被混凝土抗崩解性能差異不大，但隨著時(shí)間推移，不同吸水率的試件崩解量差距逐漸顯現(xiàn)，適中的吸水率有助于維持植被混凝土的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

1 程 強(qiáng).植被混凝土技術(shù)在高陡邊坡生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用：以焦作某礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程為例[J].化工礦產(chǎn)地質(zhì)，2023（4）：334-340.

2 夏振堯，許文年，王樂華.植被混凝土生態(tài)護(hù)坡基材初期強(qiáng)度特性研究[J].巖土力學(xué)，2011（6）：1719-1724.

3 閆書星，夏 棟，艾尚進(jìn)，等.不同結(jié)皮類型對植被混凝土基材團(tuán)聚體及有機(jī)碳的影響[J].水土保持通報(bào)，2023（3）：414-420.

4 王 強(qiáng)，景東紅.植被混凝土生態(tài)修復(fù)技術(shù)在高陡邊坡中的應(yīng)用[J].海河水利，2023（7）：11-13.

5 馮小朋.浙南強(qiáng)降雨地區(qū)邊坡植被混凝土防護(hù)基材耐久性能試驗(yàn)研究[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2023（5）：88-90.

6 單宇航，張炳暉，林佳棟，等.黏粒含量對桂林紅黏土崩解效應(yīng)的影響[J].桂林航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2024（1）：94-101.

7 付宏淵，楊琪毅，曾 鈴，等.多因素影響下預(yù)崩解炭質(zhì)泥巖動回彈特性研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2024（2）：117-128.

8 張艷林，王 聰，湯禧龍，等.干濕循環(huán)作用下泥質(zhì)紅砂巖軟化及崩解特性試驗(yàn)研究[J].工程勘察，2024（1）：14-19.