青藏铁路沱沱河取土场草本植物固土力学强度与化学元素含量特征

以青藏铁路沱沱河取土场草本植物种植区为例, 在野外和室内分别对生长期为5 a的6种草本做了原位拉拔试验、 室内拉伸试验和剪切试验, 分别得到了试验区梭罗草、 碱茅、 冷地早熟禾、 赖草、 垂穗披碱草、 星星草等6种草本根系抗拔力为187.34~57.89 N、 抗拉力为4.44~2.99 N, 抗剪力为4.33~3.85 N. 同时, 对取土场试验区6种草本地上茎叶、 地下根系15种化学元素进行了分析. 结果表明, 地上茎叶和地下根系主要含有Al、 Ca、 Mg、 K、 Fe、 Sr、 Zn、 Mn等8种元素, 其中Al、 Ca、 Mg、 K等4种元素较其余元素含量显著; 此外, 6种草本其根系所含Ca、 Fe、 Zn、 Sr、 Ni、 Cu等6种元素含量均显著大于相应草本种的茎叶部分. 试验区6种草本抗拔力由大至小依次为梭罗草、 赖草、 冷地早熟禾、 垂穗披碱草、 碱茅、 星星草, 6种草本其根系所含的其中前8种主要化学元素依次为Al、 Ca、 Mg、 K、 Fe 、 Zn、 Mn、 Sr等元素, 这说明了取土场试验区6种草本根系固土力学强度与根系所含化学元素具有一定的关系.     

寒旱环境草本植物根系护坡的时间尺度效应

为研究植物护坡效应的可持续性,选取芨芨草、细茎冰草、垂穗披碱草、赖草4种草本植物,分别对生长时间为1~4年的上述草本进行了野外现场拉拔试验。试验结果表明:4种草本其平均抗拔力、平均须根数、平均根径和平均根长随生长时间的增加,均呈增加趋势。芨芨草的平均抗拔力与生长时间之间存在显著幂函数关系,垂穗披碱草、细茎冰草和赖草之间均存在指数函数关系;4种草本的平均须根数与生长时间之间均存在较显著的对数函数关系;芨芨草的平均根径与生长时间之间呈显著的幂函数关系,垂穗披碱草和细茎冰草之间均呈指数函数关系,赖草的根径与生长时间之间呈对数函数关系;芨芨草的平均根长与生长时间之间呈显著的对数函数关系,细茎冰草和赖草之间均呈线性函数关系,垂穗披碱草的平均根长与生长时间之间呈幂函数关系。     

西宁盆地黄土区草本和灌木组合根系分布特征及其增强土体抗剪强度效应

为了研究草本和灌木组合种植条件下根系的护坡力学效应，本试验以种植于西宁盆地自建试验区生长期为1 a的6种草本和灌木组合作为试验供试种，在草本和灌木组合根-土复合体原状试样直剪试验基础上，评价了6种组合根系分布特征及其对边坡土体抗剪强度的增强效应。试验结果表明:试验区6种草本和灌木组合根系主要分布在边坡地表以下0~30 cm深度范围内，含根量随着取样深度增加呈线性函数或指数函数降低趋势；6种组合草本与灌木根系质量比随着土体深度增加，呈先降低后增大的变化趋势，且两者间符合二次函数关系；6种草本和灌木组合根-土复合体黏聚力在边坡地表以下0~30 cm深度范围内，较素土黏聚力增幅为2.47% ~70.96%，说明草本和灌木组合根系能够起到增强边坡土体黏聚力的作用，其中组合5(紫花苜蓿+垂穗披碱草+碱茅+草地早熟禾+柠条锦鸡儿)对边坡土体黏聚力的增强作用相对较为显著。上述试验成果对于西宁盆地及其周边地区生态恢复和植被护坡工程实施具有一定的实际指导意义和理论研究价值。     

片石护道结构对冻土路基抗冻融安全性影响分析

针对多年冻土区路基因冻土地基融化下沉引起的变形、失稳等破坏现象,青藏铁路大量采用了碎石护坡和片石护道来保护多年冻土,维护路基的安全与稳定。对同一路段而言,护道护坡结构尺寸不同,效果也有很大差别,结构尺寸对冻土路基抗冻融安全性有着重要影响。本文以青藏铁路那曲河地区DK1561 975~DK1562 530试验段为依托,通过数值模拟确定对路基抗冻融最安全的片石护道结构形式,分析表明:该区间内,直径20cm的片石,安全的片石护道形式应是阳坡高1.1m,阴坡高1m;阳坡宽度取6m,阴坡宽度取4m。     

高寒矿区草本植物根系增强排土场边坡土体抗剪强度试验研究

为研究草本植物根系对增强高寒地区露天煤矿排土场边坡土体抗剪强度的贡献以及相关因素对边坡土体抗剪强度的影响,以青海境内祁连山北缘江仓露天煤矿排土场为试验区,在排土场边坡组合种植垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)和冷地早熟禾(Poa pratensis L.)2种草本植物,在边坡3个不同位置处分别制取不含根系素土和根-土复合体试样进行直剪试验,探讨土体物理力学性质以及植物根系数量与根-土复合体抗剪强度之间的关系。结果表明:（1）随着边坡海拔升高,坡面浅层素土和根-土复合体试样的密度和砂粒含量呈显著增加,含水率、粉粒和黏粒含量显著降低;（2）与边坡素土试样抗剪强度相比,坡底、坡中和坡顶位置处根-土复合体抗剪强度增幅分别为4.09%、18.92%和0.69%;（3）在素土和根-土复合体试样中,含水率与黏聚力之间呈显著负相关关系,相关系数分别为-0.943和-0.969;土体中砂粒含量与内摩擦角之间呈显著正相关关系,相关系数分别为0.940和0.926;（4）坡底至坡顶位置处根-土复合体的黏聚力与素土相比,增幅分别为29.23%,54.40%,26.45%。     

高寒矿区排土场植被恢复对边坡土体物理力学性质影响研究

本项研究针对高寒干旱环境下矿山排土场边坡植物增强土体强度和提高边坡稳定性作用贡献,以青海北部木里煤田江仓矿区作为研究区,通过采用组合种植草本垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)+冷地早熟禾(Poa crymophila Keng)的方式,开展了组合种植植物根-土复合体与不含根系素土物理力学性质指标试...     

寒旱环境黄土区灌木根系护坡力学效应研究

文章采用原位拉拔试验,测定了生长2年的灌木柠条锦鸡儿、四翅滨藜、霸王、白刺的抗拔力,研究了根系的分布特征,并分析了上述植物的护坡效果。试验结果表明:4种灌木的根系分布类型均以主直根型为主,根系发达,侧根主要集中在地表以下20~80cm的土层中;4种灌木的原位抗拔力依次为四翅滨藜>柠条锦鸡儿>白刺>霸王,抗拔力与根径符合幂函数关系,与根系数量符合线性关系,与株高符合指数函数关系;随着生物指标的增加,四翅滨藜和柠条锦鸡儿的抗拔力递增幅度明显高于霸王和白刺;从根系分布特征和力学效应考虑,四翅滨藜和柠条锦鸡儿可作为寒冷干旱半干旱黄土地区的优势护坡灌木种。     

碱胁迫条件下草本植物根系力学强度试验研究

本项研究选取适宜于黄河源区寒旱环境生长的两种草本植物垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb）和老芒麦（Elymus sibiricus Linn）作为供试种,通过室内培育种植方法,采用浓度分别为25mmol·L-1、50mmol·L-1、75mmol·L-1、100mmol·L-1的NaHCO₃溶液对垂穗披碱草和老芒麦两种植物进行了碱胁迫处理,同时采用浓度为0mmol·L-1的溶液作为未进行碱胁迫处理对照组。在碱胁迫处理后第15d和第30d,分别测定了两种植物单根抗拉力、单根抗拉强度,以及脯氨酸含量、丙二醛含量、叶绿素含量、相对电导率值等4个抗盐碱性生理指标。试验结果表明:碱胁迫对两种植物单根抗拉力影响程度随浓度增加而增大,亦随生长时间增加而增大,其中当碱胁迫浓度为25mmol·L-1时,两种植物单根抗拉力值均大于未进行碱胁迫处理呈正常生长的对照组植物,而当浓度大于25mmol·L-1时,两种植物单根抗拉力值均小于对照组的两种植物;碱胁迫条件下两种植物单根抗拉强度较对照组两种植物均呈增大趋势,增幅为3%～16%,且相同浓度条件下,两种植物单根抗拉强度随生长时间增加而呈降低趋势,降幅为1%～18%;相同浓度和相同生长时间条件下,老芒麦单根抗拉力值较垂穗披碱草大0.13～0.53N,且老芒麦单根抗拉强度值较垂穗披碱草大20～65MPa;由灰色关联分析结果可知,在碱胁迫条件下,脯氨酸含量、丙二醛含量、叶绿素含量、相对电导率值等4种生理指标中,相对电导率值与两种植物单根抗拉力及单根抗拉强度关联度相对最大即为0.888～0.996,反映出两种植物单根抗拉力及单根抗拉强度受相对电导率值影响相对较为显著。本项研究对于进一步探讨盐碱胁迫条件下,植物根系力学强度特征和影响机理等方面具有重要理论研究价值,同时利用植物有效防治黄河源土地盐碱化地区水土流失、浅层滑坡、沙化等灾害具有现实意义。     

青藏铁路冻土区块石护坡路基热传递特性

块石护坡路基是青藏铁路建设中一种有效的冷却地基保护冻土工程措施.考虑高原夏季夜间冷空气对块石护坡路基温度场的影响,对青藏铁路北麓河块石护坡试验路基夏季某一整天的温度场、热流量和热流密度进行了分析,研究块石护坡路基昼夜间热传递特性.结果表明:块石护坡路基在夏季白天吸收热量,在夜间冷空气的作用下路基释放一部分热量,说明夏季夜间存在一定的降温效果.另外考虑一年内冷暖季块石护坡的热传递差异,对块石护坡路基冷暖季的温度场、热流量和热流密度变化情况进行研究,探讨其冷暖季热传递特性,结果显示:块石护坡路基暖季处于吸热状态,冷季处于放热状态;从一年的热流量变化看,块石护坡路基冷季的放热量大于吸热量,路基储存冷能有利于保护冻土.     

香根草护坡机理的初步试验研究

生态护坡与植物护坡是边坡防护与加固方案和技术发展的重要领域,香根草是一种易裁种快长的禾木科草本植物,具有强盛的根系网络系统,具有加固和防护边坡的良好功能.试验表明,香根草根系的抗拉强度较大,而且随根数(集群度)成线性增大,随根系的长度的增大而略有减小.均匀拌入香根草根系的砂质粘土的物理和力学特性有显著的变化,即土的容重变小而土的抗剪强度则有明显的增大.它反映了种植香根草的边坡的稳定性得以提高是必然的结果.     

青藏铁路冻土区遮挡式路基结构安全可靠性预测分析

冻土区路基的安全可靠性取决于路基地温场特征和路基面抗自然侵蚀特征。在路基基床上部修筑遮阳棚和在边坡上修筑遮阳板既可阻挡太阳对路基面和路基边坡的直接辐射,改变路基地温场形态,降低土层温度,又可防止降水渗入路基或降雪覆盖路面。这对防止冻土退化,提高冻土区铁路路基安全可靠性是一种非常有效而又简单易行的工程措施。本文以青藏铁路冻土区遮挡式路基结构路基表面温度数据和该地段气象资料为基础,运用带有相变的一维热传导方程模拟分析了青藏铁路长期运营过程中遮挡式路基结构对冻土区路基人为上限的抬升效果及对路基稳定性的影响,认为遮挡式路基结构是一种安全可靠的冻土区路基工程结构形式,同时也是未来铁路运营过程整治路基病害的一种有效工程措施。     

高寒矿区排土场边坡土体抗剪强度特征

为研究高寒矿区排土场边坡草本植物根-土复合体抗剪强度特征及其影响因素,以青藏高原东北部天骏木里煤田江仓矿区排土场为研究区,对组合种植垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb.）和冷地早熟禾（Poa crymophila Keng）的排土场边坡,测得边坡地表以下不同深度根-土复合体密度、含水率和含根量等指标,通过室内直剪试验获得素土和复合体黏聚力c和内摩擦角φ;采用灰色关联法得到密度、含水率和含根量与抗剪强度指标c和φ间的关联度。试验结果表明:排土场边坡相同取样点位置和层位,根-土复合体密度和含水率均小于素土,且第二层（地表以下10~20 cm）根-土复合体含根量显著小于第一层（地表以下0~10 cm）,第二层含根量较第一层平均降低幅度为31.66%;此外,根-土复合体c值较素土大,第一层和第二层根-土复合体c值较素土其平均增加幅度为32.69%、13.42%,两者的φ值则未表现出显著性变化规律;根-土复合体抗剪强度指标c和φ与密度关联度相对较高,与含水率关联度次之,与含根量关联度相对较小。研究结果对高寒矿区采用种植植物方式开展排土场边坡生态恢复,科学有效地防治坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害,具有一定的理论研究价值和实际指导意义。      

小降雨事件对土壤水分及植物水势空间差异性的影响

本文以云南省蒙自市断陷盆地高原面上典型封闭式岩溶洼地小流域为研究对象,研究小降雨事件对土壤水分及植物水势的影响。结果表明:（1）在研究区内小降雨事件一般只能补给10 cm以上的土壤,因此在旱季（强降雨事件发生前）,土壤水分随着深度的增加整体呈变小的趋势;受洼地地形影响,整个土壤剖面（0 ~ 80 cm）的土壤水分存在从坡顶到洼地底部逐渐增加,苹果树叶水势逐渐升高的现象;受地质背景的影响,土石质坡地平均土壤水分比石质坡地土壤水分高2.67%,相对应的土石质坡地苹果树受干旱胁迫的程度要低于石质坡地。（2）通过观测对比发现,8天内12次的小降雨事件可以使0~10 cm土壤水分整体上略有升高,但并未能完全改变0~10 cm土壤水分洼地底部大于两侧坡地,而土石质坡地高于石质坡地的特征。（3）小降雨事件虽然只能补给0~10 cm的土壤水分,但由于坡地地区苹果树根系分布较浅（5~30 cm）,部分浅层分布的苹果树根系已能吸收到水分,另一方面小降雨事件具有降温、增湿,减少太阳辐射的作用,可以减小苹果树蒸腾作用,从而降低苹果树叶水势,因此推测小雨事件可以明显减轻苹果树受干旱胁迫的程度      

兰州新区黄土工程开挖边坡植被重建初期土壤水分初步研究

兰州新区位于黄土高原西段, 为典型干旱区, 道路修建形成了许多坡度大于30°的工程开挖边坡。在边坡上重建植被对改善局地景观和防治水土流失具有重要的作用, 而坡面土壤水分状况对植被重建影响重大。选择3种整地类型（条形坑、 圆形坑和原状坡样地）, 研究兰州新区黄土工程开挖边坡植被重建的初期土壤水分状况, 结果表明： 3种整地类型中条形坑的土壤水分条件最好, 与圆形坑、 原状坡样地土壤水分存在显著差异（P<0.05）。不同灌溉频率下原状坡样地0 ~ 20 cm土层土壤含水量较低, 20 ~ 50 cm土层土壤含水量较高。土壤含水量的变异系数随土层深度的增加而减小, 随灌溉频率的降低而增加。在边坡植被重建初期, 需把土壤水分维持在8.4% ~ 10.8%, 即田间持水量的38% ~ 49%, 才能保证植物正常生育生长。当栽植的植被根系长度大于10 cm时, 可考虑将喷灌频率从每天喷灌改为隔天喷灌, 否则植物有死亡的风险。研究结果可为类似的黄土边坡植被恢复和生态建设提供参考。     

冻融作用对冻土区路基边坡的影响

在冻土地区公路建设中,由于冻融作用的存在,路基边坡土体的力学性质在周期性的冻融作用下极易发生变化。选取不同条件下的青藏公路典型路基边坡为研究对象,通过有限差分法对边坡进行剪应变对比研究。结果表明,在冻结条件下土体冻结时剪应变变化量很小,处于较稳定状态;而消融到最大状态时在含水量大的冻融界面形成软弱带,剪应变变化量很大,路基边坡处于欠稳定状态。冻融条件下土的粘聚力、内摩擦角、重度的折减引起该边坡整体抗剪强度不足,致使路基边坡有较大的剪应变。      

风沙环境下沙漠路基风蚀破坏数值模拟研究

基于Fluent气固两相流,运用 湍流模型,对风沙环境下沙漠路基的风蚀破坏规律进行数值模拟研究。分析路基不同横断面下风沙流扰动、增速、减速、恢复的过程,以及路基障碍物的存在对风沙流扰动后造成的风速减弱区和恢复区,总结路基坡面特征点的风速变化规律,与现场实测结果作比较,二者具有很好的一致性。研究结果表明,不同路基横断面下风速减弱区和恢复区的分布对路基高度变化敏感,受边坡坡率的影响较小,不同路基高度、不同边坡坡率下路基沿程风速变化明显不同。边坡坡率一定,随路基高度的增加,路基周围流场扰动被增强,迎风坡坡顶风速增大显著,背风坡坡底风速下降愈明显;路基高度一定时,边坡坡率越小,路基沿程风速变化越平缓。当边坡坡率为1:3时,路基模型高度由1m增加到3 m时,迎风坡坡顶风速增加12%,背风坡坡底风速降低约80%。建议为避免沙漠路基的风蚀破坏,路基高度不宜太大,边坡坡率较小为宜。