234野生植物根部加筋作用对处于浅埋公路隧道上进行的施工稳定性评价

234野生植物根部加筋作用对处于浅埋公路隧道上进行的施工稳定性评价Analysis of the Construction Stability Assessment of Wild Plants Root Reinforcement Effecton Shallow Buried Highway Tunnel■刘宗泽■Liu Zongze[摘要] 对于植物根部加筋来说，每种植物都有不同的加筋效果，这与植物根系的深浅程度有关系。

我们通过三维模型进行模拟，发现植物根系起到加筋作用的部位有植物的主根、侧根和须根。

而木本植物在软弱岩层的隧道施工中，对围岩的加固也起到十分有利的影响。

[关键词] 植物根系加筋[Abstract] For the plant roots reinforced, each plant has a differenteffect on the reinforcement, which base on the degree ofdifficulty plant roots. In this article, the author simulates threedimensionalmodel, and finds that the role taproot, lateral rootsand fibrous roots play a reinforced role of plant roots and thewoody plants in weak rock tunnel played a very favorable impacton the surrounding rock reinforcement.[Keywords] plants, roots, reinforced对浅层加筋工艺来说，隧道的埋深受植物根系的影响较大。

而且植物根系的加筋会为隧道施工带来很好的稳定性，因此，植物根的形状如果单一就会降低这一作用。

在我司承建的渝邻高速G、H 合同段景观工程中，有些隧道出口浅埋段生长着很多毛竹。

毛竹的主根较少，多为侧根和须根。

根系比
例发达, 一般埋于土下0.6～1 m。

有些隧道出口段生长着茂密的衫树，株间距1.5 m，中间有小型灌木。

衫树的根茎为主根和侧根，根系较长，最长可达3 m。

我们通过观察发现，有些隧道穿越了大片软弱岩体浅埋段，根系较丰富的植物对隧道施工生产起着很大的作用，并且得出了植物根系的加筋机理。

以下笔者就通过对植物根系的分析，来探讨植物根系对浅埋隧道施工稳定的影响。

一、植物根系的作用草本植物根系主要分布在地表浅层土中，自上向下含量逐渐减小。

总根数的 90% 集中分布在0～30 cm 土层内，30～70 cm 土层内根数约占总根数的8%。

70 cm 以下的土层仅占总根数的2%左右，根系含量随土层深度增加呈幂函数分布。

木本植物的根系可分为主根、侧根和须根，许多木本植物的主根直径粗大，深入土层长达3～5 m。

而侧根和须根的直径一般细小，位于地表浅部土层一定深度范围，随着深度增加含量减小，其根系含量随深度增加也是呈幂函数关系。

有些木本植物以侧根和须根为主，而有些木本植物以垂直主根为主，更多的木本植物具有丰富的主根、侧根和须根。

植物根系的加筋作用在植被护坡和水土保持研究中已有相关的成果报道，它与植物的种类，根的形态、分布、数量和抗拉强度等因素有关。

一般认为，浅根具有加筋作用，深根具有锚固作用。

草本植物的根系以及木本植物的侧根和须根在土中错综盘结, 可视为带预应力的三维加筋材料,。

这使岩土体在其延伸范围内形成一种由强度相对较高的根系与强度相对较低的土体所组成的根土复合体。

植物根系的加筋作用不改变其内摩擦角，主要靠增加土体的黏聚力来提高土体抗
剪强度。

根对土的黏聚力的增加作用可通过单位体积土体内的含根量和根的平均抗拉强度来确定。

植物根系在浅层加筋作用下对隧道围岩塑性区大小没有影响，它的影响主要来自地表浅层土体的塑性破坏。

当根系含量增加，地表浅层围岩塑性区范围就会逐渐减小。

当根的面积比增加到 0.18%时，根系加筋围岩就不会出现应力性破坏。

同时，围岩的可塑性也相对减弱到最小。

植物根系的分部情况也直接影响到二次衬砌的主应力。

在二次衬砌的过程中，当主应力变化比例小时，它对支护结构的稳定性就会比较好。

二、单纯主根型木本植物根系采用锚索单元模拟作用对隧道围岩影响小的原因如下。

1. 植物的根系效果和黏结型锚索的作用一样。

在隧道施工中，隧道围岩会受到很多变形因素的影响，出现较小的位移，这是由于锚索的加固作用没有完全发挥。

尤其在进行加固的过程中，因为锚索一端被固定，另一端产生位移就会导致锚索松动。

2. 植物根系的作用。

植物的根系刚度较小，而且有一定的柔性。

随着围岩结构刚度的降低，它起到承担主要拉应力的作用。

这时如果根系遭受弯曲力时，其自身的抗性就较差，会影响围岩。

3. 根系的生长深度十分有限，它的生长长度不能超过隧道开挖时所引起的围岩破坏的范围，这就使锚索不能发挥受力作用。

三、木本植物主根的深层锚固作用对浅埋公路隧道施工稳定的影响长有主根、侧根和须根的木本植物会和黏结型锚索一样直接深入
到浅层土中，并对其起到加筋的作用。

这和锚索与地表浅层加筋的联合作用是相同的。

我们采取模拟方法，假设植物的侧根和须根都能对浅土层起到加深的作用。

那么，当主根间距增加时，侧根和须根就会发生如下变化。

当株间距为1 m 时，根系的平均面积比为0.18%；而当株间距为1.5 m 时，根系的平均面积比为0.12%；而株间距为2 m 时根的比值为0.09%；株间距为2.5 m 时根的比值为0.072%；株间距为3 m 时根的比值为0.06%。

由此看出，在考虑主根为锚固作用、且其它根系为加筋地作用下，植物对隧道的岩土加固能起到一定影响。

四、木本植物根系的联合加筋作用对浅埋公路隧道施工稳定的影响在开挖支护完成后，不同间距的植物根系会对断岩面提供不同的影响。

木本植物根系可以减小隧道施工过程中出现的地表、拱顶下沉以及因开挖引起的地层位移问题。

如果将木本植物主根间的距离不断减小，拱顶下沉和地表沉降的比例就会增大。

植物主根间距为1.5 m 时, 拱顶产生下沉则最大减小4.47%，地表沉降最大减小4.78%。

五、植物根系的加筋作用对浅埋公路隧道施工稳定的影响当植物间距小于1 m 时，围岩位移减小的比例会相反减小。

所以并不是间距越小，对围岩的控制力就越强。

要想达到对围岩控制的理想效果，就要将根系的间距控制在一定范围内，这时对围岩的位移影响才能达到最有利的状态。

六、结语1. 如果植物根系只发生在浅层加筋，那就可以和植物主根、须根、侧根等根系联合加筋效果，对浅埋隧道的施工稳定能
产生很大地稳定性。

但是，只有主根的植物却对加强稳定性的效果不大。

2. 植物根系的加筋作用可以有效减小对软弱岩体浅埋隧道施工稳定的影响，并且对地表下沉和拱顶下沉有很大的帮助，植物根系产生的一种约束力，可以控制围岩的位移。

既能提高地表浅层加筋土的拉力，也同时减少了其被破坏的范围。

3. 植物根系的生长有一定的空间需要，所以对于浅层加筋来说，隧道埋深能要大于植物根系 1～2 m，这能使其对土层的约束力增强。

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