【论文精选】薄叶山矾根系抗拔力的室内试验研究

来源：中国水土保持科学

乔灌木是植被护坡中的常见植物，由于乔灌木根系比草本根系粗，根系扎入坡体较深，滑坡带处的水平根和竖直根均起到类似锚杆的作用，因此研究乔灌木根系与深层土体的相互作用对边坡生态防护具有重要意义。对于乔灌木根系与土体的相互作用，国内外进行了一系列研究，主要从土壤性质、根系分布形态、根系几何参数、根土作用机理等方面开展研究。

针对土壤性质对根系抗拉拔性的影响，诸多学者以土体含水率、土体干密度为变量采用室内拉拔试验研究乔灌木根系根土相互作用；夏振尧等认为最大拉拔力随根径的增加呈幂函数增加，随土体含水率的增大最大拉拔力呈先增后减的趋势；管世烽等通过单根拉拔试验发现当根系直径一定时，单根最大拉拔力与土壤干密度呈正比。

针对根系的分布形态对根系抗拉拔性的影响；陈丽华等通过室外整株垂直拉拔试验发现当植物水平根系发达时被整体拉出，植物垂直根系发达时拉拔时间较长，植物具有垂直主根和侧向根系发达时拉拔力-位移曲线出现多峰特征；刘小光通过拉拔试验发现，单根根土摩擦力随着根系分布深度的增大而增大。

针对根系几何参数对根系抗拉拔性的影响；Waldron等和Norris等发现，根系的几何力学特征决定了根的破坏方式；刘亚斌等发现柠条锦鸡儿最大拉拔摩擦力随着根系的总表面积、总体积、总长度、总干质量的增大而增加。

针对根土作用机理的研究；管世烽等，刘小光等通过拉拔试验发现拉拔力与位移关系曲线一般分为3个阶段：1)根的拉伸阶段或微裂缝扩展阶段：根沿着长度方向逐渐被激活；2)根的拉拔阶段或塑性裂缝扩展阶段：根长全段被激活，达到最大拉拔力；3)根的拔出阶段或根系拔出阶段：根与土体间黏结力逐渐减小，根逐渐被拔出。

以上学者研究植物根系对土体的加固作用已经取得不错进展，但目前针对根系几何参数对单位面积拉拔力的影响、须根对根土间抗拔强度影响、不同上覆荷载下根系几何参数对根土抗拔强度参数的影响等相关的研究比较缺乏。本试验以主直根系的代表植物薄叶山矾(Symplocos anomala Brand)为例，开展少须根主直根系对土体摩擦加固能力影响的研究，包括根系几何参数与根系单位面积抗拔力的关系、少量须根对根土摩擦力的影响、不同上覆荷载情况时根系几何参数与根土抗拔强度的关系。

研究结果表明：

1) 乔灌木根系的最大抗拔力随根系的半径、长度及根-土接触面积的增加而增加。根系表现为拔出破坏时，其根系单位面积抗拔力随着根系半径的增加而增大；根系单位面积抗拔力随着根系长度的增加而减小。

2) 有须根根系较无须根根系的最大抗拔力及全段激活时间明显提高，但须根对抗拔力与时间关系曲线的形态变化影响较小。

3) 上覆荷载越大，根土间摩擦力增加幅度越大。

4) 摩擦角随根系的长度、半径及根-土接触面积的增加呈减小趋势；黏聚力随根系长度呈减小趋势；黏聚力随根系半径的增加而增大；黏聚力随根系根-土接触面积的增加而增加；根系摩擦系数与根-土接触面积的相关性不大。

本研究由国家自然科学基金"生态防护边坡的雨水入渗及其对植被根系固土防滑作用的影响机理研究"（51578082）资助。

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