МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ ВЕГЕТАЦИИ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПОЛОГОГО СКЛОНА Modeling the hydro-mechanical reinforcement of vegetation to the stability of a shallow slope

Chao Su, Yang Yang, Mingjiao Yan, Qingsong Duan

Аннотация


Проведено исследование гидромеханического влияния растительности на устойчивость склона. Отмечается, что растения за счет своей корневой системы могут создавать не только эффект механического армирования, но и улучшать гидрологию склона за счет высасывания и абсорбирования влаги. Для оценки дополнительного вклада в прочностные характеристики было проведено испытание корневой системы на растяжение. Используя 2D метод конечных элементов оценены гидромеханические эффекты влияния растительности на устойчивость склона по коэффициенту безопасности и матричному всасыванию. Результаты показали, что растения могут существенно увеличить устойчивость склона, причем гидрологическое усиление дает до трех разбольший эффект, чем механическое, а также способно эффективно снижать риски, вызванные инфильтрацией осадков; более длительный процесс "высушивания" приводит к более высокому
коэффициенту безопасности. Таким образом, вегетация склонов предупреждает одну из самых частых причин оползания грунтовых массивов - избыточное водонасыщение грунтов.

Полный текст статьи публикуется в английской версии журнала
"Soil Mechanics and Foundation Engineering" vol. 57, No.5.


Литература


H.Zhu, L. M. Z. Evaluating suction profile in a vegetated slope considering uncertainty in transpiration. Comput. Geotech. 63, 112–120 (2015).

Ng, W. W. Atmosphere-plant-soil interactions: theories and mechanisms. Yantu Gongcheng Xuebao/chinese J. Geotech. Eng. 39, 1–47 (2017).

Sun, S.-W., Chen, F.-Q. & Wang, W. Mechanism and remediation of a seismically induced landslide with a potential for deep seated sliding. Soil Mech. Found. Eng. 52, 155–162 (2015).

Fan, C. C. & Lai, Y. F. Influence of the spatial layout of vegetation on the stability of slopes. Plant Soil 377, 83–95 (2014).

Kokutse, N. K., Temgoua, A. G. T. & Kavazovi?, Z. Slope stability and vegetation: Conceptual and numerical investigation of mechanical effects. Ecol. Eng. 86, 146–153 (2016).

Yang, Y. et al. The Investigation and 3D Numerical Simulation of Herb Roots in Reinforcing Soil and Stabilizing Slope. KSCE J. Civ. Eng. 1–13 (2018).

Wu, T. H. & Iii, M. K. Strength of tree roots and landslides on Prince of Wales Island Alaska. Can. Geotech. J. 16, 19–33 (1979).

Temgoua, A. G. T., Kokutse, N. K., Kavazovi?, Z. & Richard, M. A 3D model applied to analyze the mechanical stability of real-world forested hillslopes prone to landslides. Ecol. Eng. 106, (2017).

Fan, C.-C. & Tsai, M.-H. Spatial distribution of plant root forces in root-permeated soils subject to shear. Soil Tillage Res. 156, 1–15 (2016).

Temgoua, A. G. T., Kokutse, N. K. & Kavazović, Z. Influence of forest stands and root morphologies on hillslope stability. Ecol. Eng. 95, 622–634 (2016).

Arnone, E., Caracciolo, D., Noto, L. V, Preti, F. & Bras, R. L. Modeling the hydrological and mechanical effect of roots on shallow landslides. Water Resour. Res. 52, (2016).

Li, Y., Fuchs, M., Cohen, S., Cohen, Y. & Wallach, R. Water uptake profile response of corn to soil moisture depletion. Plant. Cell Environ. 25, 491–500 (2002).

Pollen-Bankhead, N. & Simon, A. Hydrologic and hydraulic effects of riparian root networks on streambank stability: Is mechanical root-reinforcement the whole story? Geomorphology 116, 353–362 (2010).

Ng, C. W. W., Leung, A. K., Yu, R. & Kamchoom, V. Hydrological Effects of Live Poles on Transient Seepage in an Unsaturated Soil Slope: Centrifuge and Numerical Study. J. Geotech. Geoenvironmental Eng. 143, 04016106 (2016).

Wang, Z., Zhang, N., Li, Q. & Chen, X. Influence of Sand-Rubber Mixtures Backfill on Mechanical Properties of Bridge Abutment and Foundation Piles. Soil Mech. Found. Eng. 1–7 (2018).

Waldron,   & L., J. The Shear Resistance of Root-Permeated Homogeneous and Stratified Soil. J. Soil Sci. Soc. Am. 41, 843–849 (1977).

Preti, F. & Giadrossich, F. Root reinforcement and slope bioengineering stabilization by Spanish Broom (Spartium junceum L.). Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss. 6, 1713–1726 (2009).

Gyssels, G., Poesen, J., Bochet, E. & Li, Y. Impact of plant roots on the resistance of soils to erosion by water: a review. Prog. Phys. Geogr. 29, 189–217 (2005).

Fattet, M. et al. Effects of vegetation type on soil resistance to erosion: Relationship between aggregate stability and shear strength. Catena 87, 60–69 (2011).

Islam, M. S. & Shahin, H. M. Reinforcing effect of vetiver (Vetiveria zizanioides) root in geotechnical structures - experiments and analyses. Geomech. Eng. 5, 313–329 (2013).

Romano, N., Palladino, M. & Chirico, G. B. Parameterization of a bucket model for soil-vegetation-atmosphere modeling under seasonal climatic regimes. Hydrol. Earth Syst. Sci. 15, 3877–3893 (2011).

van Genuchten, M. T. A Closed-form Equation for Predicting the Hydraulic Conductivity of Unsaturated Soils1. Soil Sci. Soc. Am. J. 44, 892 (1980).

Chirico, G. B., Borga, M., Tarolli, P., Rigon, R. & Preti, F. Role of Vegetation on Slope Stability under Transient Unsaturated Conditions. Procedia Environ. Sci. 19, 932–941 (2013).

Chok, Y., Kaggwa, G., Jaksa, M. & Griffiths, D. Modelling the effects of vegetation on stability of slopes. (2004).

Su, C. & Cheng, Y. Stability Analysis of Bolts Reinforced Rock Jointed Slope by Considering the Transverse Effects. Soil Mech. Found. Eng. 55, 223–232 (2018).

Dam, J. C. Van, Groenendijk, P., Hendriks, R. F. A. & Kroes, J. G. Advances of Modeling Water Flow in Variably Saturated Soils with SWAP. Vadose Zo. J. 7, 640–653 (2008).

Li N., X. J. C. Q. Y. Z. Research on calculation model for stability evaluation of rainfall-induced shallow landslides. Rock Mech. 33, 1485–1490 (2012).

Vanapalli, S. K., Fredlund, D. G., Pufahl, D. E. & Clifton, A. W. Model for the prediction of shear strength with respect to soil suction. Can. Geotech. J. 33, 379–392 (1996).


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.