基於岩體裂隙及植物適應的根系錨固模型研究

《基於岩體裂隙及植物適應的根系錨固模型研究》是依託四川大學，由李紹才擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於岩體裂隙及植物適應的根系錨固模型研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李紹才
• 依託單位：四川大學

項目摘要

我國礦產資源豐富，隨著社會經濟的飛速發展，資源開採量與需求量日益增加，大量的礦山岩質邊坡由此產生，以植被為主體構件對因採礦形成的各類岩質邊坡進行生態恢復，已成為國內外礦山生態化治理的重要內容，植物根系錨固力學功能的發展與適應至關重要。本項目主要以岩石力學與生態學交叉為基礎，以木豆為研究的目標植物，通過野外調查、室內試驗及模型構建，研究裂隙岩體生境下植物根系構型與單根力學特性的適應及發展特徵，弄清外力作用下根系系統的應力傳遞、應力空間分布與岩體裂隙特徵和根系構型的關係，套用非線性發展方程與三維數值模擬技術建立根系錨固的發展模型，解析其發展過程，從而評估根系對裂隙岩質邊坡穩定的貢獻與影響，以期為我國礦山岩質邊坡生態化治理工程實踐提供重要的理論支撐。

結題摘要

本研究以岩土力學與生態學交叉為基礎，以刺槐、黃荊為研究目標植物，通過野外調查、室內實驗及模型構建，研究了裂隙岩體生境下植物根系構型與單根力學特性的變化及影響因子，探明了裂隙岩體生境下根系錨固行為產生機制，並通過試驗及數值模擬建立了根系錨固力變化的動態模型，提出了根系錨固行為的最佳化方法。研究結果顯示，在裂隙岩體生境下，為了適應生境條件，植物根系在坡面上呈不對稱分布，上坡向根系較下坡向根系發達，且上坡向扎入岩石裂隙中的二級側根數量要顯著高於下坡向，坡度越大表現越明顯，同時，裂隙發育程度越大，扎入的二級側根數量也越多；上、下坡向各植株分級根系的抗拉及抗剪強度都隨著根徑的增大而減小，表現為冪函式關係，且相同分級及直徑條件下，上坡向根系力學強度要高於下坡向，且不同坡位根系的力學強度存在顯著差異，表現為坡頂＞坡中＞坡底，不同坡位根系彈性模量大小關係為：坡頂＞坡中＞坡底，即坡頂根系剛度最大，坡中根系次之，坡底根系剛度最小；在其他生境條件相近時，植株的錨固力隨著裂隙發育程度的降低而減小，隨著坡度的增加而提高，且上坡向扎入岩石裂隙中的二級側根對植株的錨固有主要作用，約占植株錨固能力的69%，是植株錨固能力產生的主要原因，同時，裂隙岩石生境下植株的錨固能力隨著植株的生長發育而增大，與植株基徑間存在較好的指數函式關係，可以較好的表征植株錨固能力的動態變化；在裂隙岩體生境下，隨著種植密度的增加，植株一級側根、二級側根及扎入裂隙側根數量與直徑均在降低，植株的錨固力也隨之變小，因此，在利用植被進行坡面生態防護過程，需要合理的控制種植密度，以發揮植物的力學加固能力。