河岸土壤生物工程适宜植物及固坡机理动态研究

Suitability of plant used in soil bioengineering, quantify its soil stabilization ability and slope safety factor are critical problem to be solved that allow the techniques applied depends on theory rather than on empirical. 6 to 8 plants will be selected as research plants. Based on in situ investigation, interior and outdoor experiment and numerical molding, the plant suitability under different stem size and soil condition will be researched. Root spatially and temporally distribution characteristics of four soil bioengineering techniques, such as live staking, brushmattress, fascines and brush layering will be investigated. Research on root-soil shear strength, erosion resistance and soil fertility improvement intended to reveal the ecological mechanism of four soil bioengineering techniques on slope soil protection. Limit equilibrium principle and finite element method are intended to conduct for molding the slope safety factor with the development of techniques. The research will support a theory basis for soil bioengineering techniques apply in standard.

植物适宜性，可量化的固土护坡能力和边坡安全系数是土壤生物工程从靠经验施工到能够标准化施工必需解决的问题。本研究拟选择6-8种乔、灌植物为研究对象，通过现场观测、室内外实验及数值模拟等方法，从土壤性质、枝条的尺寸等作用下因素分析不同植物作为土壤生物工程施工材料的适宜性；跟踪研究扦插、灌丛垫、捎捆和层栽等4种土壤生物工程措施根系的时空动态分布特征；并对其固土护坡效果开展相关实验，研究内容包括抗剪强度、提高土壤抗冲性和改善土壤肥力等方面，揭示土壤生物工程措施固土护坡的生态作用机制；最后通过极限平衡原理和有限元分析方法，并考虑根系以及嵌入土体枝条的共同作用，量化研究各种措施的边坡安全系数随时间的变化过程。为土壤生物工程技术在河岸护坡中的广泛应用提供量化评价方法和理论指导。

土壤生物工程技术是解决河流生态退化的一个关键技术措施。目前，国内对土壤生物工程的研究远远不足，可量化的固土护坡能力和边坡安全系数是土壤生物工程从靠经验施工到能够标准化施工必需解决的问题。本课题通过现场观测、室内实验及数值模拟等方法，研究了解不同时期扦插、梢捆、灌丛垫、层栽等4 种措施根系在岸坡上发展的时空动态特征。通过实验和模型分析，量化得到四种不同土壤生物工程措施对土体抗剪强度的提高作用。基于极限平衡理论和有限元分析方法，量化模拟了不同措施作用下边坡的安全性系数的动态变化，分析不同措施对边坡安稳定性的影响。研究结果对未来的河岸生态恢复具有重要的意义。主要研究结果如下：. （1）四种土壤生物工程措施生长状况由好到差依次为扦插>灌丛垫>层栽>梢捆。扦插和层栽措施植物根系在0～30cm深度土层中较少，对表层土壤的稳固作用较小。灌丛垫和梢捆措施植物的根系在浅层土壤分布密集，稳固浅层边坡的效果比扦插与层栽两种措施好；. （2）旱柳植物根系的最大抗拉力随着根系直径增大而逐渐增大，抗拉强度随根系直径增大逐渐减小。不同土壤生物工程措施根土复合体抗剪强度值比素土明显提高，完工后1年后扦插措施较素土的抗剪强度提高了64%，灌丛垫措施提高了57.6%，层栽措施提高了60.97%，梢捆措施提高了37.4%；. （3）完工1年后，四种措施边坡安全系数依次为扦插1.963，灌丛垫1.729，层栽1.807，梢捆1.485，对边坡稳定性贡献由大到小依次为扦插>层栽>灌丛垫>梢捆。四种措施相比于裸露边坡的稳定性都有了明显的增强，其中扦插措施最小安全系数增加了46.4%，灌丛垫措施增加了67.7%，层栽措施增加了41.8%，梢捆措施增加了29.2%。.