Shallow slope stabilization by arbor root Systems: A physical model study
01摘要
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乔木根系能有效增强浅坡面的稳定性，其加固效果与根系的形态、大小和坡面特性密切相关。为此，本研究利用3D打印技术制作了不同类型的乔木根系—土壤复合模型，并对有根系加固的边坡进行了一系列物理模型试验，探讨不同根系形态和大小对不同坡度边坡稳定性的影响。主要研究结果包括：（1）与无根系加固的边坡相比，有乔木根系支撑的边坡峰值和残余抗滑力有所增加，位移和滑动范围均有所减小，表明根系的存在对边坡有一定的保护作用。这种作用通常随着根系体积的增加而增强，但随着坡度变陡而减弱。总体而言，与心形根系和板状根系相比，水龙头状根系的保护作用更佳。 (2)坡度对乔木根系护坡效果的影响一般大于根系形态和体积的影响。坡度对根系提供的峰值抗滑力和导致边坡失稳的位移影响最大，而根系体积对滑移范围的面积影响最为敏感。（3）在缓坡上，水龙头状和心形根系对边坡稳定性的促进作用更明显，而在陡坡上，根系体积较小的水龙头状和心形根系以及根系体积较大的板状根系对边坡稳定性的促进作用较差。研究结果不仅加深了对乔木根系护坡机理的认识，而且为生态护坡工程的设计和实施，特别是在植树造林方面提供了有价值的参考。
02图表
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03结论
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本研究利用3D打印技术制备了多种乔木根系—土体复合材料，并通过物理模型试验研究了乔木根系在边坡加固中的有效性，从抗滑力、坡面位移、滑动范围等多个角度对试验结果进行了分析比较，探讨了不同根系形状和尺寸对不同坡度边坡稳定性的影响。此外，对影响边坡稳定性的变量进行了敏感性分析，并采用RSR法对结果进行了评估。结果表明：与无树根支撑的边坡相比，有树根支撑的试验边坡普遍表现出峰值和残余抗滑力的增加，滑动位移和滑动量范围减小，证明了乔木根对边坡稳定性的贡献；乔木根系的稳定边坡有效性随着根系体积的增加而增强。不同根系形态中,柱状根的稳定效果最好,其次是心状根,最后是板状根。坡度对乔木根系稳定效果的影响大于根系形态和体积,坡度越大,乔木根系的稳定效果越差。本研究结果不仅有助于认识乔木根系的边坡稳定效应,而且可以为生态护坡植树方案设计提供指导。此外,同一山地不同树种的机械加固效果与根系分布密切相关。天然森林中可以存在多种树种的混交或乔灌混交,本研究可以将其简化为不同根形态的混交排列或不同大小根系的交叉排列。未来的研究将重点对这些方面进行进一步探索。
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