露天礦排土場草本植物根系加固效果

劉向峰，郝國亮，于 冰

(遼寧工程技術大學 力學與工程學院，遼寧 阜新 123000)

1 研究背景

礦物資源的露天開采，致使當地的植被和原有地形遭到破壞，內部大量廢棄物剝離至地表，形成排土場，排土場土壤性質差，在自然條件下，經常發生土壤侵蝕和淺層滑坡等自然災害[1-3]。近年來，植物根系對土壤的加固效果得到越來越多的認可[4-5]，常用于邊坡的加固中。草本植物由于其根系發達和維護方便等特點，常被用作排土場生態治理的首選物種。為了檢驗草本植物根系對排土場的治理效果，需要對其根系的加固效果進行量化分析。

對于植物根系加固效果的確定主要有試驗研究和理論模型計算兩種手段。試驗研究方面：余冬梅等[6]采用直剪試驗研究了高寒干旱環境下5種優勢鹽生植物根土復合體的抗剪強度；周濤等[7]對含根土與不含根土進行直剪試驗，確定草本植物根系的加固效果；段青松等[8]采用應變控制三軸儀測定根土復合體的無側限抗壓強度；L?bmann等[9]通過根土復合體的抗拉強度試驗，發現草本植物根系對土壤表層起到明顯的加固效果。理論模型計算方面：將植物根系的加固效果看作剪切面上根系的黏聚力，Wu等[10]和Waldron[11]最早對根系黏聚力進行量化，提出了Wu-Waldron模型(WWM)，WWM模型根據剪切面上根系的力學特性和分布特性定量地給出根系黏聚力的大小，通過試驗驗證，WWM模型會過高地估計根系的黏聚力[12-13]；Pollen等[14]提出應力加載下根系逐漸斷裂的纖維束模型(FBM)，FBM模型較WWM模型預測更精準，但在根的數量較多時，容易造成誤差；……