植被混凝土的抗崩解性能研究

摘要：通過崩解試驗，探討不同吸水率條件下植被混凝土的崩解行為及其隨時間的變化規律。試驗結果表明，植被混凝土的崩解量在初期階段迅速增加，隨后逐漸趨于平衡；吸水率對崩解行為有顯著影響。較高吸水率在初期階段加速了植被混凝土的崩解過程，但隨后崩解速率下降；較低吸水率的試件在后期顯示出較高的崩解速率；適中的吸水率有助于維持植被混凝土的抗崩解性能。

關鍵詞：礦山邊坡；生態修復；植被混凝土；抗崩解性能

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）09-0-03

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Research on the Anti Disintegration Performance of Vegetation Concrete

JIA Qifei1，2， GOU Xiang1，2， TAN Wanfeng1，2， NIE Huiping1，2， XU Sisi1，2， PENG Xu1，2

（1. The Sixth Geological Brigade of Jiangxi Geological Bureau;

2. Nuclear Industry Zhicheng Construction Engineering Co.， Ltd.， Yingtan 335000， China）

Abstract： Explore the disintegration behavior and temporal variation of vegetation concrete under different water absorption rates through disintegration tests. The experimental results indicate that the disintegration of vegetation concrete increases rapidly in the initial stage and gradually approaches equilibrium thereafter; the water absorption rate has a significant impact on the disintegration behavior. The higher water absorption rate accelerates the disintegration process of vegetation concrete in the initial stage， but then the disintegration rate decreases. The specimens with lower water absorption rate showed higher disintegration rate in the later stage. Moderate water absorption helps maintain the anti disintegration performance of vegetation concrete.

Keywords： mining slope; ecological restoration; vegetation concrete; anti disintegration performance

隨著我國經濟的快速發展，礦產資源開發在國民經濟中的地位日益凸顯，成為推動社會經濟發展的重要支柱[1-2]。然而，大規模的礦山開采活動在帶來經濟收益的同時，對生態環境造成了嚴重破壞。礦山邊坡的生態修復不僅關乎礦山的可持續發展和區域生態安全，而且對維護社會穩定和人民生命財產安全具有重要的意義。通過科學合理的修復措施，能夠促進受損生態系統的自然恢復，恢復植被覆蓋，改善土壤結構，增強邊坡的穩定性，從而降低地質災害的發生風險。同時生態修復能夠提升生態系統的服務功能，如水源涵養、土壤保持和生物多樣性恢復等，從而保障生態安全，維持區域生態平衡，最終實現人與自然的和諧共生。近年來，植被混凝土作為一種新型生態修復材料，逐漸在礦山邊坡修復工程中得到廣泛應用。植被混凝土具有良好的力學性能，能為植物生長提供適宜的環境，促進植被恢復。

目前，植被混凝土抗崩解性能尚未得到充分關注。崩解性能是評估植被混凝土材料在自然環境中長期耐久性的重要指標，直接關系到修復工程的效果和持久性[3-4]。如果植被混凝土的崩解性能不佳，在遇水后可能會迅速失去強度和結構完整性，導致邊坡修復失敗，甚至引發次生災害。針對該問題，開展礦山邊坡生態修復植被混凝土的抗崩解性能影響研究，為植被混凝土在礦山邊坡生態修復中的應用提供科學依據。

1 試驗方案

選用江西省的常見土壤作為基礎材料，經過篩分處理，取小于2 mm的顆粒，按照前期方案比例添加水泥、植物生長基材、保水劑和肥料等材料制備植被混凝土試件，確保各組分混合均勻。按照《土工試驗方法標準》（GB/T 50123—2019），采用環刀法從每個試件中取樣并開展崩解試驗，將植被混凝土試樣放在網板中央，網板掛在浮筒下，然后手持浮筒頸端，迅速地將試樣浸入浮筒中，開動秒表，測記開始時浮筒齊水面處刻度的瞬間穩定讀數及開始時間。按0 min、10 min、20 min、30 min、60 min等時間測記浮筒齊水面處的刻度讀數，并記錄試樣的崩解情況。

2 結果討論

2.1 植被混凝土崩解量與吸水率關系

植被混凝土崩解量試驗結果如圖1所示。由圖1可知，在不同吸水率條件下，植被混凝土崩解量在前10 min內急劇增長，10%、15%、20%和25%吸水率的植被混凝土崩解量分別為50.6%、54.7%、60.7%、60.4%，前期表現了明顯的濕化崩解特性。而在60 min時植被混凝土崩解量基本達到平衡狀態，表明植被混凝土崩解行為后期逐漸趨于穩定[5]。

進一步分析發現，在試驗前10 min內，各組植被混凝土的崩解量相對接近，表明不同吸水率條件下的抗崩解性能在初期階段差異不大，原因是植被混凝土初期結構未被充分破壞，吸水率對其崩解行為的影響尚未顯現。而隨著試驗時間延長，各組試件的崩解量逐漸拉開差距，25%吸水率的試件崩解量最高，表明其抗崩解性能最弱，而10%吸水率的崩解量最小，表現其具備較強的抗崩解能力。各組試件崩解量的差異在10～30 min最顯著，30 min后崩解量趨于穩定。在崩解階段，較高吸水率加速了植被混凝土崩解，可能是因為水分滲透迅速導致混凝土內部結構被破壞。盡管20%和25%吸水率的植被混凝土均表現出較高的崩解量，但20%吸水率的試件整體上表現出相對較強的抗崩解性能，表明適中的吸水率有助于提高抗崩解性能。因此，在實際應用中應根據不同環境條件確定植被混凝土的吸水率，以優化抗崩解性能。

2.2 植被混凝土崩解速率與時間的關系

植被混凝土的崩解量、時間按照二次多項式函數擬合，結果如表1所示。由表1可知，各函數的R2均高于0.9，擬合效果滿足要求。對擬合函數求導后可得到植被混凝土崩解速率函數和曲線，其結果如表1、圖2所示。

從圖2可以看出，隨著試驗時間延長，不同含水率的植被混凝土崩解速率呈現下降趨勢，在30 min時崩解速率曲線下降趨勢發生變化，表明其崩解過程具有明顯階段性特征。在試驗初期，水分迅速進入混凝土表層，對其結構產生較大影響，導致早期的崩解速率較高。觀察發現，該階段的崩解主要集中在表層和淺層結構。隨著試驗持續進行，植被混凝土的崩解速率逐漸降低，表明崩解行為經過一段時間后逐步減緩，原因是隨著表層和淺層的崩解，內部結構開始承受更大的壓力，逐漸適應水分的侵入，減緩了崩解速度。此外，隨著時間延長，植被混凝土內部水分分布趨于均勻，局部區域水分飽和，導致水分對材料的影響減弱，從而使崩解速率逐漸下降[6-8]。

進一步分析發現，含水率會影響崩解速率。試驗前30 min內，含水率為25%的植被混凝土崩解速率最高，而含水率為10%的植被混凝土崩解速率最低。在高含水率條件下，水分能夠迅速滲透到混凝土內部，降低土壤顆粒間的黏結力，導致整體強度和穩定性下降，崩解現象加劇。試驗30 min后，含水率為25%的植被混凝土崩解速率變得最低，而含水率10%的植被混凝土崩解速率最高，推測含水率25%的植被混凝土在前30 min內經歷了快速崩解，表層和淺層在早期遭到嚴重破壞，崩解行為基本結束，其崩解速率大幅下降。含水率為10%的植被混凝土在前30 min內尚未經歷充分崩解，內部結構相對完整，后續時間段內的崩解速率仍然較高。

3 結論

通過研究礦山邊坡生態修復植被混凝土的抗崩解性能，得到以下結論。第一，植被混凝土崩解量隨時間推移逐漸增加，試驗前10 min內，25%吸水率的植被混凝土崩解量最高，10%吸水率的崩解量最低，高吸水率導致植被混凝土內部結構破壞加劇。第二，隨著時間的延長，植被混凝土的崩解量增長逐漸放緩，各組試件的崩解量差異逐漸減小并趨于穩定，當試驗進行至60 min時，植被混凝土崩解過程基本達到平衡狀態。在試驗初期，不同吸水率的植被混凝土抗崩解性能差異不大，但隨著時間推移，不同吸水率的試件崩解量差距逐漸顯現，適中的吸水率有助于維持植被混凝土的結構穩定性。

參考文獻

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