土工合成材料和植物根系对防止侵蚀和地面滑坡具有可持续性。来自罗马尼亚布加勒斯特土木工程技术大学的Ernest-Daniel Olinic博士及其研究团队认为利用生物工程方法稳定边坡是一种可持续的方法，可以限制工程工程的负面影响；这些方法应在世界范围内得到执行和采用。本文所使用的植物已知具有良好的防沙治沙作用，分别是羊茅、鸭茅、草地草、三叶草和三叶草。使用植被作为生物加固方法通常比传统的工程解决方案更具成本效益和环境友好性，为浅层边坡稳定应用提供了更可持续的工程解决方案。本文研究了有机土层和土工合成材料保护的沙质边坡在降雨模拟下的侵蚀过程。

本研究使用的土工合成材料：(a) GEC1；(b) GEC2；(c) GEC3。

研究过程与结果

边坡稳定性是许多土木工程项目中的关键挑战，如堤坝、路堑、垃圾填埋场、大坝、交通基础设施和河岸修复等。传统的工程方法对环境有较大影响，而生物工程方法则是一种可持续的替代方案。植物根系和土工合成材料在防止侵蚀和浅层滑坡方面具有可持续性。本研究选择了几种已知对侵蚀控制有益的植物，包括羊茅、早熟禾、猫尾草、红三叶和白三叶，并探讨了植被作为生物加固方法在浅层边坡稳定应用中的成本效益和环境友好性。

研究分为三个阶段：植物选择与根系发育、通过植物根系改善剪切强度参数、以及研究强降雨对侵蚀和边坡稳定性的影响。在实验材料方面，研究使用了两种高密度聚乙烯 (HDPE) 和聚丙烯 (PP) 的土工网 (GEC1和GEC2) 以及一种由可降解材料 (黄麻) 制成的geo-blanket (GEC3)。土壤方面，使用了有机土壤 (OS) 和易侵蚀的砂质土壤 (BS)。植被方面，研究了两种草种混合物 (Mix 1和Mix 2)。

在实验方法上，首先确定最佳有机土层厚度，在不同厚度的砂和OS层中种植草种，观察植物发芽、茎叶发育和根系生长。其次，使用WinRHIZO系统评估不同变体中的根系发育。接着，使用Shearmatic自动直剪/残余剪切机进行测试，确定不同深度的根-土复合体的剪切强度参数。最后，构建了一个由侵蚀控制室和降雨模拟器组成的模拟模型，观察模拟强降雨对边坡侵蚀的影响。

实验结果显示，5厘米厚的有机土层是植物根系发育和土壤剪切强度改善的最佳厚度。WinRHIZO测量结果显示，不同OS层厚度下植物根系的长度和体积存在差异。草本植物的根系作为自然加固材料，显著提高了土壤的内聚力，减少了土壤含水量，并提供了长期的加固效果。直接剪切测试结果表明，植物根系显著提高了砂质土壤的内聚力，从1.24 kPa (无植被) 增加到26.3 kPa (有根系)，内摩擦角略有下降。有机土壤样品的内聚力因根系的存在而降低，但内摩擦角显著增加。界面样品的内聚力与砂质土壤样品相当，但低于有机土壤样品。在模拟强降雨条件下，未受保护的砂质边坡在20分钟内完全退化。使用土工合成材料可以延迟侵蚀的发生，减少地表径流。GEC1和GEC3在减少侵蚀方面比GEC2更有效。成熟植被对边坡稳定性非常有效，即使在植被干枯后，边坡也没有出现侵蚀迹象。

植被作为一种生物加固方法，比传统的工程解决方案 (如混凝土) 更具成本效益和环境友好性。植物根系在稳定边坡方面发挥着关键作用，通过提高土壤内聚力、减少水分含量和提供长期加固。土工合成材料在植被和根系完全发育之前的关键阶段发挥着重要作用，通过减少雨滴的冲击和稳定种子来促进植物生长。研究表明，将植被与土工合成材料相结合是一种可持续的边坡稳定解决方案，尤其适用于易发生滑坡和土壤侵蚀的地区。

不同时期的植物生长阶段：(a) 2022年9月30日 (第0天)；(b) 2022年10月25日 (25天)；(c) 2022年11月19日 (50天)；(d) 2022年12月14日 (75天)；(e) 2023年2月27日 (150天)。

研究总结

本研究选择了几种已知对侵蚀控制有益的植物，探讨了植被作为生物加固方法在浅层边坡稳定应用中的成本效益和环境友好性。植被作为一种生物加固方法，比传统的工程解决方案更具成本效益和环境友好性。作者认为植物根系通过提高土壤内聚力、减少水分含量和提供长期加固，在稳定边坡方面发挥着关键作用。土工合成材料在植被和根系完全发育之前的关键阶段发挥着重要作用，通过减少雨滴的冲击和稳定种子来促进植物生长。研究表明，将植被与土工合成材料相结合是一种可持续的边坡稳定解决方案，尤其适用于易发生滑坡和土壤侵蚀的地区。

原文出自Sustainability 期刊：https://www.mdpi.com/3072616

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Sustainability 期刊介绍

主编：Marc A. Rosen, University of Ontario Institute of Technology, Canada

期刊涉及人类的环境、文化、经济和社会可持续性，为有关可持续性和可持续发展的研究提供了一个高级论坛。目前期刊已被SCIE、SSCI (Web of Science) 和Scopus等数据库收录。

2023 Impact Factor：3.3

2023 CiteScore：6.8

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