牛筋草根土复合体抗剪性能研究★

蒋必凤 李淑敏 肖元平

(三亚学院，海南三亚 572000)

牛筋草根土复合体抗剪性能研究★

蒋必凤 李淑敏 肖元平

(三亚学院，海南三亚 572000)

以海南常见的野生草本植物牛筋草为研究对象，利用应变控制式直剪仪对不同含水率和不同含根率的含根土体进行了快速直剪试验，分析了含根率和含水率对土体有效粘聚力的影响，结果表明，少量的牛筋草根系能提高土体的抗剪强度，且含根率越高抗剪强度越高;土体抗剪强度随着含水率增加而降低，但存在一个界限含水率。

牛筋草根系，根土复合体，抗剪强度，土体

0 引言

植物根系在土体中通过缠绕、穿插、挤压等作用［1］，对边坡土体进行加强，增加土体的抗剪强度，从而保证边坡的稳定性。土体失去稳定而产生滑动的主要原因是土体的抗剪强度减弱，众多学者研究发现，在土体中掺入少量的植物根系便能显著地提高其抗剪强度。

草本植物根系在土中的分布就如同纤维一样，对土壤起到一定的加筋作用。国内外学者对含根量、含水率、植物不同生长期、坡度等多方面对植物根系的加筋固土作用进行了研究。郑启萍等对不同含量的狗牙根和麦冬草的根土复合体进行直剪试验，分析了不同根系含量对抗剪强度的影响，认为根系含量越大其提高土体抗剪强度的效果相对越好［2］。刘小燕等对狗牙根的根土复合体在不同含水率条件下进行室内直剪试验，认为植物根系可以显著增强土体的抗剪强度，根土复合体的抗剪强度随着含水率的增加而降低;随着含根量的增加，根土复合体的抗剪强度增强;当含根量达到0.3%及以上时根土复合体的抗剪强度增幅有所减缓，即存在最优含根量区域;根系对25%含水率的土体加筋效果最显著［3］。胡其志等对加入狗牙根根系的根土复合体试样进行直剪试验证明抗剪强度随着含根量的增加而增大，但当含根量增至0.4%时根土复合体的抗剪强度增加并不明显，根土复合体试样中存在最佳含根量区域［4］。研究植物根系加筋土的抗剪强度，对于揭示根系对土体的加强作用有着十分重要的意义。

1 试验准备

1.1 植物根系选择

牛筋草是一年生草本植物，根系极其发达，吸收土壤水分和养分的能力很强，分布于中国各省区及全世界温带和热带地区。牛筋草生长对土壤的要求不高，在荒芜之地和道路两旁长势良好，不需要精心养护，生命力顽强，适合粗放管理型生态边坡的护坡。牛筋草在海南地区是一种常见的野草，本次试验通过野外挖取牛筋草根系，进行根土复合体的抗剪强度研究。

在土壤种类的选择方面，本试验采用海南地区常见的红粘土，天然状态下的红粘土一般具有孔隙比高、含水率高、密度低等特性。

1.2 试验方法选择

为了有效利用植被增强边坡土体的稳定性，充分发挥植被涵水固土、改善环境的效应，诸多学者在植物根系增强土体抗剪强度以及提高边坡稳定性的贡献评价方面采用了多种方法，这些方法包括根土复合体快速直剪试验、三轴剪切试验及现场原位剪切试验等［5］。由于目前还很难在边坡现场对含根土体进行原位测试，大部分学者采用室内三轴剪切和直接剪切实验来测定含根系土体的抗剪强度，由于直剪试验方法简单，试验制备较为简便，本试验采用快速直剪试验方法进行抗剪强度研究。随着围压或者垂直压力的增大，根系的相对加筋效果逐渐消散，最终根土复合体的强度值与素土相等［6］，因此本试验采用50 kPa，75 kPa，100 kPa，150 kPa四个较低等级的垂直压力等级进行直接剪切试验。

1.3 试样制作

本试验采用扰动土红粘土，烘干碾碎后加入一定比例的水和植物根系制作土样，采用应变控制式直剪仪，按照土工试验标准，进行重塑根系加筋土直接剪切试验。在植物根系选择时，选用新鲜的牛筋草根系，剪成2 cm长度，与土体随机混合，模拟根系三维生长规律，采用四种含根量(根的质量/干土的质量)0%，0.5%，1%，1.5%在含水率为10%，15%，18%三种情况下分别进行直接剪切试验。

2 试验结果分析

2.1 不同含根率根土复合体抗剪强度

本试验测定了不同含水率下含根率为0%，0.5%，1%，1.5%土体的抗剪强度，如图1～图3所示。从图1～图3中可以看出，每一种含水率下，含根土体的有效粘聚力c值和内摩擦角均超过了不含根土体(含根率为0%)，在土体中加入少量的牛筋草根系，便能提高土体的抗剪强度;同一种含水率下，随着含根率的增加，土体的抗剪强度也随之增加。

图1 含水率为10%时含根土样的抗剪强度

图2 含水率为15%时含根土样的抗剪强度

图3 含水率为18%时含根土样的抗剪强度

2.2 不同含水率根土复合体抗剪强度

本试验分析了不同含根率下含水率对土体抗剪强度的影响，如图4～图7所示。从图4～图7中可以看出，每一种含根率下，土体的抗剪强度随着含水率的增加而降低。当含水率为10%时的含根土体的有效粘聚力c值明显高于含水率为15%和18%的含根土体的有效粘聚力c值;含水率为15%和18%的含根土体的有效粘聚力c值相差不大，随着含水率的增加，土体的抗剪强度变化趋于平缓，存在一个界限含水率。

图4 含根率为0%时含根土样的抗剪强度

图5 含根率为0.5%时含根土样的抗剪强度

图6 含根率为1%时含根土样的抗剪强度

图7 含根率为1.5%时含根土样的抗剪强度

3 结语

本试验采用重塑根系加筋土进行直接剪切试验得出牛筋草根系能够增强土体的抗剪强度，从而增加边坡的稳定性。但重塑根系土还不能真实模拟出牛筋草根系的三维生长规律，植物根系与土体相互缠绕、穿插和挤压能进一步提高边坡土体的抗剪强度。同时牛筋草生态适应能力较强，可以作为粗放管理型边坡的护坡植物，适用于对景观效果要求不高的边坡。

［1］ 王元战，张智凯.植物根系加筋土剪切试验研究综述［J］.水道港口，2012，33(4):330-336.

［2］ 郑启萍，徐得潜.草本植物护坡机理及其固土效应试验研究［J］.合肥工业大学学报(自然科学版)，2014，37(2):225-228.

［3］ 刘小燕，桂 勇.植物根系固土护坡抗剪强度试验研究［J］.江西理工大学学报，2013，34(3):32-37.

［4］ 胡其志，周 政，肖本林，等.生态护坡中土壤含根量与抗剪强度关系试验研究［J］.土工基础，2010(5):85-87.

［5］ 卢海静，王 磊.植物根—土复合体原位剪切试验研究现状及其进展［J］.中国水土保持，2013(7):42-46.

［6］ 文 伟，李艳荣.不同围压下草本植物根系对土体加筋效应试验研究［J］.力学季刊，2016，31(7):124-130.

Research on the shear strength of eleusine indica root soil composite★

Jiang Bifeng Li Shumin Xiao Yuanping

(Sanya College，Sanya 572000，China)

Taking the common wild herbs eleusine indica in Hainan as the research object，this paper made quick direct shear test using strain controlled direct shear apparatus to root soil with different water content and different root contain，analyzed the influence of root contain and water content to the effective cohesion of soil，the results showed that small amount eleusine indica roots could improve the soil shear strength，and had higher shear strength with higher root contain，the soil shear strength decreased with the increase of water content，but there was a limit water content.

eleusine indica root system，root soil complex，shear strength，soil

TU432

A

1009-6825(2016)35-0063-03

2016-09-30 ★:海南省教育厅科学研究项目(项目编号:hnky2015-53)

蒋必凤(1984-)，女，讲师