Войти
Растительность и устойчивость склона взаимосвязаны способностью растения, растущего на склонах, как способствовать, так и препятствовать устойчивости склона. Взаимосвязь представляет собой сложную комбинацию типа почвы, режима осадков, присутствующих видов растений, аспекта склона и крутизны склона. Знание стабильности подстилающего откоса в зависимости от типа почвы, ее возраста, развития горизонта, уплотнения и других воздействий является основным аспектом понимания того, как растительность может изменить устойчивость. склона. Существует четыре основных способа, которыми растительность влияет на устойчивость склона: ветер метание, удаление воды, масса растительности (надбавка) и механическое укрепление корней.
Бросок ветра - это падение дерева из-за силы ветра это обнажает корневую пластину и прилегающую почву под деревом и влияет на устойчивость склона. Бросок ветра является важным фактором при рассмотрении одного дерева на склоне, однако он имеет меньшее значение при рассмотрении общей устойчивости склона для массива деревьев, поскольку задействованные силы ветра представляют меньший процент потенциальных мешающих сил, а деревья находятся в центре. группа будет защищена теми, кто находится снаружи.
транспирация воды Растительность влияет на устойчивость склона, удаляя воду посредством транспирации. Транспирация - это испарение жидкой воды, содержащейся в тканях растений, и удаление паров в воздух. Вода всасывается от корней и транспортируется через растение к листьям.
Основным эффектом транспирации является снижение давления воды в почвенных порах, что противодействует потере прочности, которая происходит из-за увлажнение, это наиболее легко увидеть как потерю влаги вокруг деревьев. Однако нелегко полагаться на корни деревьев и кустарников, чтобы удалить воду со склонов и, следовательно, помочь обеспечить устойчивость склона. Способность к испарению во влажных условиях сильно снижается, и поэтому любое увеличение прочности почвы, ранее полученное в результате испарения и транспирации, будет потеряно или значительно уменьшено, следовательно, эффекты транспирации не могут быть приняты во внимание в это время. Однако можно предположить, что вероятность обрушения склона после насыщения из-за шторма или периодов продолжительных дождей будет уменьшена в результате транспирации. Более того, хотя изменения содержания влаги будут влиять на сопротивление недренированному сдвигу, параметры эффективного напряжения сдвига, которые обычно используются в обычном анализе устойчивости откосов, не зависят напрямую от изменения содержания влаги, хотя давление воды (всасывание), используемое в анализе, изменится.
Важно отметить, что трещины высыхания потенциально могут быть расширены растительностью в сухую погоду, способствуя более глубокому проникновению воды к потенциальной плоскости скольжения и увеличению давления воды в почву во время влажных периодов. Тем не менее, эти трещины будут заполнены корнями, углубляющимися в почву по мере того, как они будут двигаться по пути наименьшего сопротивления.
Исследования в Малайзии показали, что существует значительная взаимосвязь между плотностью длины корня, содержанием влаги в почве и, в конечном итоге, устойчивость на склоне. Склоны с высокой плотностью корней (из-за густой растительности на поверхности) с меньшей вероятностью потерпели провал. Это связано с тем, что высокая плотность корней приводит к низкому содержанию влаги в почве, что, в свою очередь, приводит к увеличению прочности на сдвиг и снижению проницаемости почвы. Предполагается, что плотность длины корней и уровень воды в почве могут быть использованы в качестве индикаторов устойчивости склона и, возможно, могут быть использованы для прогнозирования будущего разрушения склона.
Транспирация усиливается, когда растительность имеет обширную корневую систему и быструю транспирацию продолжается всю зиму.
На удаление воды также влияет затенение, обеспечиваемое растительностью. Затенение помогает предотвратить высыхание почвы, которое приводит к усадке и растрескиванию, что позволяет глубоко проникать дождевой воде. Растения должны иметь высокое соотношение листьев и корней и иметь способность сохраняться в жаркие летние месяцы, чтобы обеспечить эффективное затенение почвы.
Масса растительности может влиять на устойчивость склона только тогда, когда на склоне растут более крупные деревья. Дерево высотой 30–50 м может иметь нагрузку примерно 100–150 кН / м2. Более крупные деревья следует сажать у подножия склона с потенциальным нарушением вращения, так как это может увеличить коэффициент безопасности на 10%. Однако, если дерево будет посажено на вершине склона, это может снизить коэффициент безопасности на 10%. Предлагаемая конструкция растительного покрова, показывающая, какой тип растений следует выращивать на каждом уровне склона.
Каждая ситуация устойчивости склона должна рассматриваться независимо для рассматриваемой растительности. Важно помнить, что транспирация снизит вес склона, поскольку теряется влага. Это может быть значительным на склонах с предельной устойчивостью.
Если более крупные деревья удаляются с передней части склона, это приведет как к снижению прочности почвы из-за потери эффекта эвапотранспирации, так и к уменьшению прилагаемой нагрузки. что может привести к временному всасыванию глинистых почв, что может привести к смягчению, поскольку имеющаяся вода втягивается для компенсации всасывающих сил. Это похоже на известное размягчение переуплотненных глин из-за ослабления давления покрывающих пород при размещении в верхних слоях насыпи из-за глубокой выемки.
Корни укрепляют почву за счет роста через плоскости разрушения, корневых столбов, действующих как сваи, и за счет ограничения поверхности эрозия.
Когда корни растут в плоскости потенциального разрушения, увеличивается прочность на сдвиг путем связывания частиц. Корни закрепляют неустойчивую поверхностную почву в более глубоких устойчивых слоях коренных пород. Наиболее часто это происходит при быстром глубоком росте (глубиной 1,5 м) корней, которые сохраняются более двух лет. Однако важно отметить, что сила, оказываемая корнями, обычно распространяется только на глубину до 1 м, в то время как большинство отказов происходит на глубине грунта от 1,2 до 1,5 м.
Земляной корень, укрепленный корнем Модель является результатом удлинения корня через потенциальную плоскость скольжения, которая создает растягивающую силу корня, которая передается почве за счет когезионных и фрикционных контактов между корнем и почвой.
Сопротивление выдергиванию корня - это измеренное сопротивление структуры корня, которое будет вырываться из земли, и, вероятно, будет лишь немногим меньше измеренная прочность на разрыв корня, которая представляет собой сопротивление корня разрушению, измеренное в лаборатории. В случаях, когда данные по выдергиванию отсутствуют, данные о прочности на растяжение могут использоваться в качестве приблизительного ориентира для максимального имеющегося сопротивления выдергиванию.
Прочность корня при растяжении для диапазона диаметров по диапазону разновидностей имеет были протестированы в лаборатории и показали, что он составляет примерно 5-60 МН / м2. Для того, чтобы корень действительно повышал устойчивость склона, корень должен иметь достаточное углубление и сцепление с почвой. Способ взаимодействия корней с почвой сложен, но для инженерных целей доступные усилия можно измерить с помощью тестов на вырывание на месте.
Длина корня и тип разветвления корней влияет на то, как происходит разрушение корней. В корнях боярышника были идентифицированы три различных режима разрушения, которые связаны с соотношением корней и почвой, которое проявляется в форме корней и форме кривой разрушения. Корни, у которых нет ветвей, имеют тенденцию выходить из строя при растяжении и вырываются прямо из земли с минимальным сопротивлением. Корни, имеющие несколько ветвей, обычно выходят из строя постепенно, когда каждая ветка ломается внутри почвы. Затем эти корни можно разделить на две разные группы; 1) те, которые сначала достигают максимальной пиковой силы, а затем поддерживают высокую силу, которая постепенно уменьшается по мере разрушения корневых ветвей после значительного напряжения, и 2) те, которые ломаются с возрастающей приложенной силой. В ряде испытаний можно измерить значительную адгезию между сегментом корня и почвой до того, как корень в конечном итоге выскользнет из массы почвы.
Корни, которые не растекаются. ветви обычно не выдерживают напряжения и тянутся прямо из земли с минимальным сопротивлением. Корень достигает максимального сопротивления вырыванию, а затем быстро выходит из строя в слабом месте. Корень легко выскальзывает из почвы из-за постепенного сужения (постепенное уменьшение диаметра корня по длине), что означает, что при вытаскивании корень перемещается через пространство, превышающее его диаметр, и, следовательно, не имеет дальнейших связей. или взаимодействие с окружающей почвой.
Разрушение типа B происходит, когда разветвленные корни сначала достигают своего максимального пикового сопротивления, а затем поддерживают высокое сопротивление, которое медленно уменьшается по мере разрушения ветвей корней после значительного напряжения. В некоторых тестах можно измерить значительную адгезию между частью корня и массой почвы до того, как корень в конечном итоге выскользнет. Для вытягивания раздвоенных корней требуется большее усилие, так как полость над вилкой тоньше, чем корень, который пытается пройти через полость, и это может привести к деформации почвы по мере того, как корень движется сквозь почву.
Корни с несколькими ветвями или раздвоенными ветвями также могут разрушаться при растяжении, но преимущественно разрушаются поэтапно, когда каждая ветвь ломается в почве. Эти корни ломаются со все более прикладываемой силой поэтапно в виде ступенчатых пиков, соответствующих постепенному разрушению корней большего диаметра. Корень постепенно освобождает свои связи с почвой до окончательного разрушения при растяжении.
В некоторых случаях, когда корень имеет синусоидальную форму с множеством мелких корешков по всей длине, корень достигает максимального сопротивления вытягиванию при выпрямлении и затем ломается в самом слабом месте, однако, в этом месте корень не вырывается из почвы, поскольку он прилипает и взаимодействует с почвой, создавая остаточную прочность. Если на этом этапе тянуть прекратить, корень придаст почве большую прочность. Однако, если корень полностью вырывается из земли, то дальнейшее взаимодействие с почвой не происходит и, следовательно, не происходит увеличения прочности почвы.
Исследования показали, что сопротивление вырыванию корней боярышника и дуба зависит от внутривидовых различий, межвидовых вариаций и размера (диаметра) корня так же, как и прочность корня на растяжение (измеренная в лаборатории). При испытании на вырыв прилагаемая сила, действующая на корень, действует на большую площадь корня, которая включает несколько ветвей, большей длины), чем короткая (приблизительно 150 мм) длина корня, используемая в испытаниях на разрыв. В тесте на извлечение корень может выйти из строя в таких слабых местах, как точки ветвления, узлы или поврежденные участки.
Исследования также показали, что существует положительная корреляция между максимальным сопротивлением вырыванию корней и диаметром корня боярышника и овса. Корни меньшего диаметра имели меньшее сопротивление выдергиванию или разрушающую силу, чем корни большего диаметра.
Деревья и корневые колонны могут препятствовать перемещению мелкой массы, действуя как сваи, когда есть опоры и выгибание почвы через древесную глубокую корневую систему, которая имеет несколько опорных корней с внедренными стебли и отводы.
Растительность также может использоваться для контроля водной эрозии путем ограничения поверхностных процессов, таких как размыв листов и наземный поток. Растительность может внести значительный вклад в устойчивость склона за счет повышения сцепления почвы. Это сцепление зависит от морфологических характеристик корневой системы и прочности отдельных корней на разрыв.
Имеются значительные доказательства того, что тонкие корни сопротивляются поверхностной эрозии. Роль тонких корней в общей устойчивости откосов до конца не изучена. Считается, что тонкие корни помогают удерживать поверхность почвы и предотвращают ее эрозию. Сеть тонких корней может иметь явно повышенную когезию, сравнимую с элементами геосинтетической сетки. Ограничение процессов поверхностной эрозии особенно очевидно на участках кустарников и трав, где мелкие корни устойчивы и четко определены, однако сцепление обычно ограничивается верхним 1 м почвы.
Источники
