香根草根系固土原理的力学试验研究

吕正勋　史新伟　李世伟

（河南省水利科学研究院，河南　郑州　450002）

香根草根系固土原理的力学试验研究

吕正勋史新伟李世伟

（河南省水利科学研究院，河南郑州450002）

植物护坡作为边坡的一种新型的防护手段，目前越来越受到重视。本文通过对香根草根系的固土原理的力学试验研究，得出香根草在固土护坡方面的效果明显，对于提高土质边坡的稳定性有一定的效果。

香根草；根土复合体；抗拉试验；拉拔试验

香根草（Vetiveria zizaniondes）属于禾本科香根草属，系多年生草本植物。由于其根系发达，且向地下纵深发展，以及所具有的其他诸多特性，自20世纪80年代以来就受到世界各国的青睐，成为知名的水土保持和斜坡固定植物［1］。香根草技术是一项新型的生物工程技术，也是植物学与工程学的学科边缘交叉技术。香根草根系具有很强的抗剪切能力，并且可以和土体牢固地结合成整体，当边坡土体向下滑动时，根土复合体能够产生抗力来阻止边坡土体向下滑动，从而增强边坡工程的稳定性。本文通过对根土复合体的抗剪强度和根系的抗拉试验研究，得出土质边坡采取香根草技术防护的可行性。

1　试验材料与方法

1.1试验材料

香根草于2015年7月取自南阳香根草生态草种种植基地；选用某堤坝填坝材料作为根土复合体的主要土体材料。

1.2根土复合体的抗剪强度试验

试验制作香根草含根量分别为0%、0.5%、1%、2%和4%的根土复合体，通过剪切试验研究含根量对根土复合体力学性能的影响，从而得出含根量对堤坝边坡稳定性能的影响程度。

1.3根系抗拉试验

试验分别进行不同直径香根草单根系和相同长度不同香根草根数的拉拔试验，通过试验得出香根草的抗拉拔能力。试验结束后采用游标卡尺测定断裂面香根草根系的直径，而后利用公式（1）计算获取该组根系的抗拉强度［2，3］。

式（1）中：F为香根草根系的最大抗拉力，kN；D为根系断裂时等效直径，mm。

表1　根土复合体抗剪强度测定值

图1　根土复合体剪应力-剪切位移关系曲线

图2　剪应力-垂直应力关系曲线

2　试验结果与分析

2.1含根量对土体抗剪特性影响的试验结果分析

图1为香根草含量分别为0%、0.5%、1%、2%和4%时根土复合体直剪试验过程中剪切位移-剪应力关系曲线；图2为各试样剪应力-垂直应力关系曲线；表1为各试样剪切过程中最大剪应力，以及不同含根量下各组试样的剪切强度。

图1可知，随法向压力的增大，根-土复合体试样的剪应力呈明显的增大趋势。并且随着式样香根草含根量的增多，在相同法向压力作用下，试样的剪应力呈增长趋势。

由表1和图2可知，根土复合体的抗剪强度明显大于无根土体的抗剪强度。随含根量的增大，根-土复合体的粘聚力呈先增大后减小趋势，原因在于含根量较小时（特别是1%、2%时），制备根-土复合体试样时香根草根系能够与土体紧密接触，根系能够与土体颗粒充分摩擦，从而使土体的粘聚力增大明显；而含根量超过一定数值时（4%），试样制备时根系含量多，根系间相互接触较多且试样内孔隙较大，根系与土颗粒不能充分接触，两者摩擦不够充分，故而黏聚力相对较小。

表2　香根草根系的抗拉强度汇总

2.2香根草根系拉拔试验结果分析

本试验分别进行12组单根拉拔试验和5组组合根系拉拔试验，以测定相同长度不同直径的香根草根系抗拉能力和香根草的群根效应。表2为香根草根系的抗拉强度汇总。

根据表2绘制出图3和图4。从图3和图4中可以得出，香根草根茎的最大抗拉力随根系直径的增加呈增大趋势。并且随着香根草根系直径的增大，其最大抗拉强度呈减小趋势。

图3　最大抗拉力随根系直径的变化规律

图4　最大抗拉强度随根系直径的变化规律

3　结论

通过本试验的研究可知，香根草的根系可以提高土体的抗剪强度，对于增强土质边坡的稳定性能够起到明显的作用。通过对香根草根系的抗拉强度试验表明，其强度值是相同直径钢筋强度的1/6。本试验的结果为香根草根系防护边坡的工程力学特性提供了技术支撑。

［1］王双生，徐礼煜，刘金根.香根草技术在道路路基防护与绿化上的作用［J］.交通环保，2004，25（3）：36-38.

［2］王琼，宋桂龙，辜再元.边坡生态防护中草本植物根系的力学试验研究［A］工程绿化理论与技术进展暨全国工程绿化技术交流研讨会论文集［C］，2008.

［3］陈丽华，余新晓，张东升，等.整株林木垂向抗拉试验研究［J］.资源科学，2004，26（s1）：39-43.

Experimental Study on Vetiveria zizanioides Root for Strength Principle of Soil-fixation

Lv ZhengxunShi XinweiLi Shiwei
（Henan Provincial Water Conservancy Research Institute，Zhengzhou Henan 450002）

As a new type of protective measures，plant slope protection has been paid more and more attention.Through the study of soil mechanics test principle on Vetiveria zizanioides root system，the effect of vetiver grass in the slope was obvious，and it had a certain effect for improving the stability of soil slope.

Vetiveria zizanioides；root soil composite；tensile test；pullout test

S154.4

A

1003-5168（2016）05-0095-03

2016-04-27

吕正勋，（1984-），男，硕士，工程师，研究方向：水工结构工程；史新伟（1983-），男，硕士，工程师，研究方向：水工结构工程。