[发明专利]一种取原状根-土复合体用于直剪试验的方法及复合环刀

说明书

本发明公开了一种取原状根‑土复合体用于直剪试验的方法及复合环刀，方法为S1：将多个复合环刀按照水平方向均匀布置在模型箱底部；S2：在模型箱内部添加黏土，直至刚好没过所有复合环刀；S3：放置三维土工网；S4：在三维土工网上对齐布置数量相等的复合环刀；S5：重复S2‑S4，直至黏土填满模型箱；S6：在黏土中均匀喷洒用于固土的植物草种；S7：向黏土中注入微生物混合液；S8：经过预设的生长天数，取出装有经过微生物固化作用的原状根‑土复合体的复合环刀；S9：进行直剪试验。本发明创新性地提出了一种原状土的取土技术，在保证原状根‑土复合体的力学特性不受任何扰动的情况下，通过竖直叠加复合环刀的方式，取得不同深度的原状根‑土复合体。

技术领域

本发明涉及微生物固土联合植被护坡技术领域，具体的，涉及一种取原状根-土复合体用于直剪试验的方法及复合环刀。

背景技术

植被护坡工程技术是利用植被根系涵水固土的原理来加固边坡的一种新技术。它不仅降低坡体的孔隙水压力，防止水土流失，还能恢复被破坏的生态环境，促进有机污染物的降解。虽然植被护坡工程技术通常还具有环境友好、工程造价低和促进工程可持续发展的特点，在公路、铁路、隧道、水利等各类型边坡工程中大量应用。但在实际工程中，植被护坡工程技术仍有以下不足之处：

①植被护坡能力有限。植物根系深入土体内部，只是将土体简单地锚固起来，而土体的抗剪强度并未得到较大的提高。

②植物根系有水土保持的作用，会导致更多的孔隙水聚集在坡体内部，不利于边坡稳定。

③坡体表面在雨水的冲刷下容易形成细小冲沟，细小冲沟会慢慢发育成中等冲沟，导致水土流失，引发坡体坍塌。

因此，基于交叉学科成果，寻求新技术加固植被护坡体，并合理评价加固效果和力学特性是微生物固土技术应用于植被护坡工程亟待解决的难题。

微生物诱导碳酸钙沉积(Microbially Induced Carbonate Precipitation，简称MICP)固土技术在加固边坡，降低坡体雨水浸入方面具有广阔的应用前景。其原理是向土体中注入含巴氏生孢八叠球菌、尿素和氯化钙的混合液，巴氏生孢八叠球菌具有生产脲酶的能力，生产的脲酶可以水解土体中的尿素成为碳酸根离子和铵根离子，土体中的钙离子与碳酸根离子结合后生成碳酸钙沉淀。碳酸钙沉淀具有较强的胶结能力，因此，我们提出将MICP固土技术应用于植被护坡中，以达到更加可靠地加固边坡的目的。该方法具有以下优点：

(1)该方法采用的混合液中含有尿素，而尿素能够促进植物根系丰富的生长，提高了对边坡土体的锚固能力，具体如图1的(a)和(b)所示。

(2)该方法在坡体表面-浅层形成坚硬的碳酸钙沉淀，降低坡体表面的渗透性，减少大量雨水浸入坡体，从而提高边坡的稳定性。

(3)经过微生物固土作用后，该方法形成的根-土复合体的抗剪强度得到显著提高，进而也提高了坡体的稳定性。

由于MICP固土技术应用于植被护坡，能显著地促进植被根系生长，防止坡体表面雨水侵蚀和提高边坡土体强度等特点，因此，评价该技术的加固效果是工程实践中非常关心的问题。

在实际工程中，通常采用测试根-土复合体抗剪强度参数的增长值来评价其加固效果。由于原状根-土复合体的取样非常困难，目前大量的工程研究和试验研究均是采用重塑根-土复合体的方法进行抗剪强度试验，但是重塑土目前存在以下问题：

(1)重塑土的结构性和含水率都发生了改变，无法真实反映出原状土的力学性能。

(2)在制作重塑根-土复合体时，人为的改变根系发展的角度，如人为设置根系生长角度为30°、45°、60°和80°等，然而植物根系实际生长角度千变万化。因此，重塑根系的角度不能真实反映实际根系多变的角度变化。