CN111749252A - 一种联合根系和生物聚合物加固浅层边坡的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种联合根系和生物聚合物加固浅层边坡的方法，其特征在于，包括如下步骤：以所需加固土壤质量的0～1％向所需加固土壤中添加生物聚合物，而后充分混合，得到混合物；步骤2，在混合物中加入一定量的水，在常温下进行湿混合，且混合均匀，得到初步改良土壤；步骤3，在初步改良土壤的表面撒入种子，而后覆上一定厚度的初步改良土壤，经过一定时间的培养后，得到根系和生物聚合物联合加固的土壤。本发明的方法既可改善植物生长初期较难达到理想固土效果的状况，又可促进植物生长、达到更佳的后期加固效果。

Description

一种联合根系和生物聚合物加固浅层边坡的方法
技术领域
本发明属于岩土工程领域，具体涉及一种联合根系和生物聚合物加固浅层边坡的方法。
背景技术
建筑工程中土壤处理的一般目的是改善土壤的物理及力学性质，例如密实度、强度等。传统的土壤加固方法包括植物根系固土法和掺入土壤固化剂法(水泥、粉煤灰等)。其中植物根系固土技术因其经济、环保、可持续等特性，受到越来越多的关注，但该技术在植物生长初期，由于根系发育不足较难达到理想的固土效果。鉴于此，本发明将土壤固化剂与植物根系固土联合使用，以弥补植物生长初期较难达到理想固土效果的缺点。
然而，传统的土壤固化剂(水泥、粉煤灰等)虽然具有优良的加固性能，但从可持续发展和环保角度来看，其生产过程能源消耗高、温室气体排放量大，且极易造成空气颗粒悬浮物的产生和排放。因此，需要对传统土壤固化剂进行适当的升级。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种联合根系和生物聚合物加固浅层边坡的方法。
本发明提供了一种联合根系和生物聚合物加固浅层边坡的方法，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤1，以所需加固土壤质量的0～1％向所需加固土壤中添加生物聚合物，而后充分混合，得到混合物；步骤2，在混合物中加入一定量的水，在常温下进行湿混合，且混合均匀，得到初步改良土壤；步骤3，在初步改良土壤的表面撒入种子，而后覆上一定厚度的初步改良土壤，经过一定时间的培养后，得到根系和生物聚合物联合加固的土壤。
在本发明提供的联合根系和生物聚合物加固浅层边坡的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中的生物聚合物为高分子粘性生物聚合物，该高分子粘性生物聚合物为植物多糖、藻类多糖、微生物多糖以及动物多糖中的一种或多种的复配物。
在本发明提供的联合根系和生物聚合物加固浅层边坡的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中的所需加固土壤添加生物聚合物的方式为：直接添加干状的生物聚合物粉末或将一定浓度的生物聚合物溶液喷洒至所需加固土壤表面或注入所需加固土中。
在本发明提供的联合根系和生物聚合物加固浅层边坡的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中的水的质量根据所需加固土壤的最优含水率确定。
在本发明提供的联合根系和生物聚合物加固浅层边坡的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤3中的种子的播种密度为每10cm2土壤中5粒～10粒，且撒入种子后覆上的初步改良土壤的厚度为5～15mm。
在本发明提供的联合根系和生物聚合物加固浅层边坡的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤3中撒入种子前需进行种子筛选，即去除不够饱满的小粒以及秕粒，种子为护坡植物的种子，该护坡植物为草本植物以及灌木中的一种或两种的组合。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的联合根系和生物聚合物加固浅层边坡的方法，简单易用于工程实际，采用绿色环保型生物聚合物固化剂β葡聚糖取代传统固化剂，一方面，由于β葡聚糖具有提高土体强度和稳定性的潜力，所以能够在植物生长初期阶段对土体起到加固作用；另一方面，由于β葡聚糖通过给植物提供营养成分以及提高土体的保水性来促进植物生长，所以能够使植物根系固土达到更佳的后期加固效果，此外，减少了传统土壤处理材料在能源消耗、温室气体排放以及传统固化剂低降解性等方面对生态系统造成的负面影响。
因此，本发明将传统的植物根系护坡技术与新兴的生物聚合物固土技术相结合，既弥补了传统植物根系护坡技术在根系发育不足时未达到理想固土效果的缺点，又可缓解生物聚合物的降解性对土体加固效果可能带来的不利影响，此外，本发明涉及的护坡技术减少了传统土壤处理材料在能源消耗、温室气体排放以及传统固化剂低降解性等方面对生态系统造成的负面影响。最后，还能为进一步推进绿色土壤加固技术及扩展植物护坡工程的适用性提供一定的参考。
附图说明
图1是本发明的实施例中燕麦种子播种图；
图2是本发明的实施例中制样图；
图3(a)是本发明的实施例中剪去上部幼苗示意图；
图3(b)是本发明的实施例中选择位置示意图；
图3(c)是本发明的实施例中取出土样示意图；
图3(d)是本发明的实施例中修剪环刀上部土示意图；
图3(e)是本发明的实施例中修剪环刀下部土示意图；
图3(f)是本发明的实施例中处理完成后的试样示意图；
图4是本发明的实施例中土壤在培养14天后，各试样在100、200和300kPa固结压力下的抗剪强度对比图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
本发明的一种联合根系和生物聚合物加固浅层边坡的方法，包括如下步骤：
步骤1，以所需加固土壤质量的0～1％向所需加固土壤中添加生物聚合物，而后充分混合，得到混合物。
本发明中，生物聚合物为高分子粘性生物聚合物，能够增加土壤颗粒之间的粘结强度，能保持土壤中的保水性或者含有促进植物新陈代谢的成分，该高分子粘性生物聚合物为植物多糖、藻类多糖、微生物多糖以及动物多糖中的一种或多种的复配物，其中，植物多糖为植物β葡聚糖、瓜尔胶等、藻类多糖为琼脂等、微生物多糖为黄原胶、结冷胶等、动物多糖为甲壳素等。
本发明中，所需加固土壤添加生物聚合物的方式为：直接添加干状的生物聚合物粉末或将一定浓度的生物聚合物溶液喷洒至所需加固土壤表面或注入所需加固土中，其中，生物聚合物溶液的浓度为0～1/(100*土壤最优含水率)。
步骤2，在混合物中加入一定量的水，在常温下进行湿混合，且混合均匀，得到初步改良土壤。
本发明中，水的质量根据所需加固土壤的最优含水率确定。
步骤3，在初步改良土壤的表面撒入种子，而后覆上一定厚度的初步改良土壤，经过一定时间的培养后，得到根系和生物聚合物联合加固的土壤。
本发明中，种子的播种密度为每10cm2土壤中5粒～10粒，撒入种子之前需将不够饱满的小粒和秕粒去除或其它有助于种子萌发、幼苗生长的措施，此外，撒入种子后覆上的初步改良土壤的厚度为5～15mm，且种子为护坡植物的种子，该护坡植物为草本植物以及灌木中的一种或两种的组合，其中，草本植物为香根草、燕麦、黑麦草等，灌木为胡枝子、紫穗槐等。
本发明中，种子撒入后的培养条件对于不耐涝植物，需适当降低浇水量以确保植物生长不因土壤含水率过高而被抑制。
以下实施例中进行实验室加固土体试验，采用的所需加固土壤均为上海淤泥质黏土，该土壤砂粒含量33.41％，粉粒含量54.86％，黏粒含量11.73％，最优含水率23.1％；β葡聚糖从燕麦麸中提取，呈粉末状；取200粒燕麦种子均匀播种于土壤表面，后覆盖5mm厚土壤；培养盒尺寸为205×150×80mm。
<实施例一>
步骤1，将上海淤泥质黏土风干并敲碎后过2mm筛，得到过筛土I，而后称取1.2kg过筛土I，在过筛土I中加入相对于过筛土I质量23.1％的水，在常温下进行湿混合，得到未改良土壤I。
步骤2，将未改良土壤I放入尺寸为205×150×80mm的培养盒中，用木板将未改良土壤I在培养盒中压实至60mm厚，如图2所示，而后小心取出木板，得到待养护土壤I。
步骤3，将待养护土壤I在室内恒温27℃，相对湿度80％的条件下养护14天，并第1、2、3及第8、9、10天均浇水一次，每次浇水70mL，得到养护完成土壤I。
步骤4，在养护完成土壤I中顶入内壁涂有凡士林的环刀，直到环刀上边缘深入土壤表面10mm，用削土刀小心取出，得到待削平试样I。
步骤5，将待削平试样I用削土刀小心削平，得到预制试样I。
步骤6，将预制试样I放入真空抽气饱和缸内抽气饱和24h，得到纯土试样I。
<实施例二>
步骤1，将上海淤泥质黏土风干并敲碎后过2mm筛，得到过筛土II，而后称取1.2kg过筛土II以及相对于过筛土II质量0.5％的β葡聚糖充分混合，得到混合物。
步骤2，在混合物中加入相对于过筛土II质量23.1％的水，在常温下进行湿混合，得到初步改良土壤II。
步骤3，将初步改良土壤II放入尺寸为205×150×80mm的培养盒中，用木板将初步改良土壤II在培养盒中压实至60mm厚，如图2所示，而后小心取出木板，得到待养护土壤II。
步骤4，将待养护土壤II在室内恒温27℃，相对湿度80％的条件下养护14天，并第1、2、3及第8、9、10天均浇水一次，每次浇水70mL，得到养护完成土壤II。
步骤5，在养护完成土壤II中顶入内壁涂有凡士林的环刀，直到环刀上边缘深入土壤表面10mm，用削土刀小心取出，得到待削平试样II。
步骤6，将待削平试样II用削土刀小心削平，得到预制试样II。
步骤7，将预制试样II放入真空抽气饱和缸内抽气饱和24h，得到β葡聚糖-土试样II。
<实施例三>
步骤1，将上海淤泥质黏土风干并敲碎后过2mm筛，得到过筛土III，而后称取1.2kg过筛土III，并在过筛土III中加入相对于过筛土III质量23.1％的水，在常温下进行湿混合，得到未改良土壤III。
步骤2，将90％的未改良土壤III放入尺寸为205mm×150mm×80mm的培养盒中，用木板将未改良土壤III在培养盒中压实至55mm厚，小心取出木板，得到待播种土壤III。
步骤3，在待播种土壤III表面均匀播种200粒燕麦种子，如图1所示，并以10％的未改良土壤III覆盖，用木板压实至60mm厚，如图2所示，得到待培养土壤III。
步骤4，将待培养土壤III在室内恒温27℃，相对湿度80％的条件下养护14天，并第1、2、3及第8、9、10天均浇水一次，每次浇水70mL，得到培养完成土壤III。
步骤5，将培养完成土壤III的上部幼苗剪去，如图3(a)所示，选出幼苗相对均匀的位置，如图3(b)所示，顶入内壁涂有凡士林的环刀，直到环刀上边缘深入土壤表面10mm，如图3(c)所示，用削土刀小心取出，得到待修剪试样III。
步骤6，将待修剪试样III修剪伸出环刀的根系后用削土刀小心削平，得到预制试样III，如图3(d)～图3(f)所示。
步骤7，将预制试样III放入真空抽气饱和缸内抽气饱和24h，得到燕麦-土试样III。
<实施例四>
步骤1，将上海淤泥质黏土风干并敲碎后过2mm筛，得到过筛土IV，而后称取1.2kg过筛土IV以及相对于过筛土IV质量0.5％的β葡聚糖充分混合，得到混合物。
步骤2，在混合物中加入相对于过筛土IV质量23.1％的水，在常温下进行湿混合，得到初步改良土壤IV。
步骤3，将90％的初步改良土壤IV放入尺寸为205×150×80mm的培养盒中，用木板将初步改良土壤IV在培养盒中压实至55mm厚，小心取出木板，得到待播种土壤IV。
步骤4，在待播种土壤IV表面均匀播种200粒燕麦种子，如图1所示，并以10％的初步改良土壤IV覆盖，用木板压实至60mm厚，如图2所示，得到待培养土壤IV。
步骤5，将待培养土壤IV在室内恒温27℃，相对湿度80％的条件下养护14天，并第1、2、3及第8、9、10天均浇水一次，每次浇水70mL，得到培养完成土壤IV。
步骤6，将培养完成土壤IV的上部幼苗剪去，如图3(a)所示，选出幼苗相对均匀的位置，如图3(b)所示，顶入内壁涂有凡士林的环刀，直到环刀上边缘深入土壤表面10mm，如图3(c)所示，用削土刀小心取出，得到待修剪试样IV。
步骤7，将待修剪试样IV修剪伸出环刀的根系后用削土刀小心削平，得到预制试样IV，如图3(d)～3(f)所示。
步骤8，将预制试样IV放入真空抽气饱和缸内抽气饱和24h，得到燕麦-β葡聚糖-土试样IV。
采用SDJ-2型三速等应变直剪仪在100kPa、200kPa和300kPa固结垂直压力下测量纯土试样I、β葡聚糖-土试样II、燕麦-土试样III以及燕麦-β葡聚糖-土试样IV的抗剪强度，剪切速率采用0.8mm/min。具体结果如图4和表1所示。其中，抗剪强度取自固结快剪试验结果，剪切过程中，由于试样处于湿润状态，生物聚合物的强化效果远小于干燥状态，而实际工程中由土体含水率的下降将进一步体现联合法加固的优势。
表1 试样的固结快剪强度
Figure BDA0002571327340000101
实施例的作用与效果
由表1可知，当垂直压力增加时，试样I-IV的抗剪强度均有提高，当垂直压力相同时，燕麦-β葡聚糖-土试样IV的抗剪强度均为最高，从而证明了燕麦-β葡聚糖联合固土的高效性。
进一步地，由实施例一至实施例四可知，β葡聚糖具有加固土体的潜力，因此，在根系发育不足时，可起到前期加固土体的作用，而随着植物的生长，β葡聚糖分解被植物根系摄取及被土壤微生物吸收利用，导致其在土壤中的浓度降低，因此，β葡聚糖对土体强度的直接贡献将随培养时间的延长而减少；此外，在养护14天后，无论垂直压力大小为多少，β葡聚糖-土试样II的抗剪强度均高于纯土试样I的强度，但均低于燕麦-土试样III的强度。
另外，由于材料的成本和可加工性，如粘度过高会导致混合不良等问题，所以需要避免β葡聚糖的添加量过高。
进一步地，本发明的联合根系和生物聚合物加固浅层边坡的方法，简单易用于工程实际，采用绿色环保型生物聚合物固化剂β葡聚糖取代传统固化剂，一方面，由于β葡聚糖具有提高土体强度和稳定性的潜力，所以能够在植物生长初期阶段对土体起到加固作用；另一方面，由于β葡聚糖通过给植物提供营养成分以及提高土体的保水性来促进植物生长，所以能够使植物根系固土达到更佳的后期加固效果，此外，减少了传统土壤处理材料在能源消耗、温室气体排放以及传统固化剂低降解性等方面对生态系统造成的负面影响。
因此，本发明将传统的植物根系护坡技术与新兴的生物聚合物固土技术相结合，既弥补了传统植物根系护坡技术在根系发育不足时未达到理想固土效果的缺点，又可缓解生物聚合物的降解性对土体加固效果可能带来的不利影响，此外，本发明涉及的护坡技术减少了传统土壤处理材料在能源消耗、温室气体排放以及传统固化剂低降解性等方面对生态系统造成的负面影响。最后，还能为进一步推进绿色土壤加固技术及扩展植物护坡工程的适用性提供一定的参考。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种联合根系和生物聚合物加固浅层边坡的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，以所需加固土壤质量的0～1％向所述所需加固土壤中添加生物聚合物，而后充分混合，得到混合物；
步骤2，在所述混合物中加入一定量的水，在常温下进行湿混合，且混合均匀，得到初步改良土壤；
步骤3，在所述初步改良土壤的表面撒入种子，而后覆上一定厚度的所述初步改良土壤，经过一定时间的培养后，得到根系和生物聚合物联合加固的土壤。
2.根据权利要求1所述的联合根系和生物聚合物加固浅层边坡的方法，其特征在于：
其中，所述步骤1中的所述生物聚合物为高分子粘性生物聚合物，该高分子粘性生物聚合物为植物多糖、藻类多糖、微生物多糖以及动物多糖中的一种或多种的复配物。
3.根据权利要求1所述的联合根系和生物聚合物加固浅层边坡的方法，其特征在于：
其中，所述步骤1中的所述所需加固土壤添加所述生物聚合物的方式为：直接添加干状的生物聚合物粉末或将一定浓度的生物聚合物溶液喷洒至所述所需加固土壤表面或注入所需加固土中。
4.根据权利要求1所述的联合根系和生物聚合物加固浅层边坡的方法，其特征在于：
其中，所述步骤2中的水的质量根据所述所需加固土壤的最优含水率确定。
5.根据权利要求1所述的联合根系和生物聚合物加固浅层边坡的方法，其特征在于：
其中，所述步骤3中的所述种子的播种密度为每10cm2土壤中5粒～10粒，且撒入种子后覆上的所述初步改良土壤的厚度为5～15mm。
6.根据权利要求1所述的联合根系和生物聚合物加固浅层边坡的方法，其特征在于：
其中，所述步骤3中撒入所述种子前需进行种子筛选，即去除不够饱满的小粒以及秕粒，
所述种子为护坡植物的种子，该护坡植物为草本植物以及灌木中的一种或两种的组合。
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