摘要：在暴雨作用下，裸露的黄土边坡容易发生侵蚀破坏，造成严重的水土流失问题。考虑到生态治理、绿色护坡的理念，将传统无机材料水泥、新型高分子SH固化剂、木质素进行复合配比，并加入黑麦草与紫苜蓿两种水保植物，在人工模拟降雨下，对比分析复合固化剂以及植物根系对黄土抗侵蚀能力的影响。试验结果表明：复合固化剂能有效提高土体的抗崩解性能及减少产沙量。
关键词：黄土边坡；水土流失；生态固化；侵蚀性
固化剂加固土体虽然固化效果显著，能改善土体强度，但水土流失的本质问题还是要依靠提高植被覆盖率来解决，利用根系与土体的共同作用来达到水土保持和可持续发展的目的。本文采用复合固化剂材料以及植物固土方法共同作用于试验黄土，比较分析黄土加固前后崩解性能，力学强度以及抗侵蚀能力变化规律。
1.试验内容
本文采用复合固化剂固化后播种黑麦草和紫苜蓿。复合固化剂材料采用SH固化剂、木质素、水泥，根据崩解试验、无侧限抗压强度试验确定最优配比。SH固化剂是一种水溶性高分子固化剂，密度为1.27-1.31g/cm3，在干燥失水的过程中容易聚结形成膜，对土壤颗粒具有很好的包裹与连结作用，在固化黄土、防治风沙等方面有一定的效果。水泥选用P?O42.5普通硅酸盐水泥，木质素采用的是木质素磺酸钙。
2.试验土样性质与制备方法
本次试验使用的黄土取自陕西省子长县西气东输管道附近的马兰黄土（Q3）。根据击实试验得到的最大干密度与最优含水率，将本次试验土样的干密度和含水率分别定为1.74g/cm3和16.0%。按照设定浓度将固化剂与土混合，SH固化剂经稀释后加入土中，其浓度为SH溶液浓度百分比，设定为1%，2%，3%，向干土中喷洒拌和；木质素浓度为干土质量百分比，设定为0.1%，0.2%，0.3%，倒入干土中直接拌和；考虑到水泥浓度较高会影响土壤pH值不利于植物生长，将水泥浓度设为干土质量的0.1%。
3.黄土崩解试验与无侧限抗压强度试验
土体在静水中的崩解性能可作为评价土体抗蚀性强弱的一个指标，而无侧限抗压强度能够放映固化材料对土体的固化效果。黄土土样经SH固化剂、木质素、水泥加固后其崩解性能有明显的抑制，最终崩解率减小，崩解速率减慢，但改性效果因固化剂的浓度及种类也有所不同。当木质素掺量不变时，随着SH溶液浓度的提高，土体的崩解率相应的减少，崩解时间加长，基本上SH溶液浓度每增加1%，最终崩解率减少4%；当SH溶液浓度不变时，随着木质素掺量的提高崩解率依次减少，掺量每增加0.1%，崩解率减少3%。随着SH溶液浓度以及木质素掺量的提高，其崩解率越来越低，崩解时间越来越长，木质素掺量为0.3%，SH溶液浓度为3%时，效果达到了最好，崩解率减少了74%。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而土样经加固后抗压强度对比素土得到了明显的提高，但木质素和SH固化剂的影响程度不一样，抗压强度会随着木质素掺量的增加呈现微弱的降低趋势，而SH溶液浓度由1%到2%时，抗压强度会呈增长的趋势，2%到3%时又出现了减小的情况。对水解性和固化效果进行综合考虑，选用第九组配方，木质素掺量为0.3%，SH溶液浓度为3%作为降雨试验复合固化剂的最优配比。
4.固化黄土抗剪强度试验
试验结果可以看出，土体添加了复合固化剂后，内聚力有所提高，达到了45.10kPa，相较于素黄土提高了216.94%；内摩擦角改变的不是很显著，提高了5.8%。而固化剂与植物根系共同固化的土样内摩擦角和内聚力都有很明显的改变，其中紫苜蓿根系作用的土样黑麦草根系作用的土样内聚力分别达到了108.62kPa和111.32kPa，两者较于素土样和单一固化剂加固的土样抗剪强度都有了很大的提高，但两者之间的抗剪强度指标相差较小，这说明植物根系对土体颗粒的拉力比固化剂单一作用的粘结力影响更大。
5.固化黄土降雨侵蚀试验
试验在人工模拟降雨的条件下进行，降雨雨强50mm/h，降雨历时1h。图1和图2为不同土样的产沙量-时间曲线，因素土与含根系土产沙量相差较大，故将两者分开分析，以固化土的产沙曲线作对比。
从图1侵蚀试验结果可以看出，加入了固化剂的土样相比于素土样，抗侵蚀能力有了一定的提升，产沙量减少，总产沙量为素土样的1/6，在试验前10min，产沙速率没有变化，10min后产沙速率慢慢地降低；进一步通过图2可以看到同样的试验条件下，紫苜蓿与黑麦草土样相较于固化土样抗侵蚀能力又有了再次的提高，产沙量和产沙速率降低，植物根系起到了很好的固沙效果。
侵蚀指标除了讨论到产沙量外，还应该考虑到径流量，因为土体渗透系数的改变会影响到坡体径流量的变化。可以看出，不管是固化剂单一加固还是固化剂与植物根系复合加固的土体，总产沙量大大的减少，总径流量都有了相应的提高，在1h降雨试验后，固化土相较于素黄土径流量提高了23.6%，紫苜蓿土样提高了51.26%，黑麦草土样提高了19.57%，这表明经固化后的坡体渗透性能有所降低，降雨雨水的入渗量减少，并且坡体内积水难以排出。综合侵蚀指标可以看出，经植物根系加固后对坡体起到了很好的防护效果，两种植物在产沙量上差异不是很大，但是种植黑麦草的土体使土体渗透性能小幅度降低，能更好的减少坡面径流量，达到很好的水土保持效果，因此更适合做水保植物。
6.结语
（1）经SH溶液、木质素、水泥等固化剂复合固化后的黄土最终崩解率和崩解速率明显降低，复合固化剂提高了土体的抗水蚀能力，并且提高了土体的抗压强度，最终选择SH溶液浓度为3%，木质素掺量为0.3%，水泥掺量为0.1%作为侵蚀试验复合固化剂的最优配比。（2）固化剂的粘结作用和植物根系的牵拉作用提高了土体的抗剪强度，主要表现为内聚力的明显增长趋势，内摩擦角也有所增长，但不明显，含有植物根系的土体内聚力比固化剂单一固化的土体更高，植物根系对土体强度的影响比固化剂更大。（3）复合固化剂与植物根系的共同作用提高了土体的抗侵蚀能力，植草的土体产沙量，产沙速率比不植草的土体都小，且随着降雨时间增长，抗侵蚀效果更加明显；两种植物中黑麦草不仅有效的降低了产沙量，同时也保证了坡体具有良好的渗透能力，能够全方位的提高土体的抗侵蚀能力，更适合作为试验土体区的水保植物。
参考文献
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论文作者:瞿洋1,胡桂阳1,王芮芮2
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/17
标签：固化剂论文; 木质素论文; 根系论文; 黄土论文; 浓度论文; 植物论文; 溶液论文; 《防护工程》2019年第5期论文;