車輛碾壓對沙質草原表土物理力學性質的影響

袁晨翔

摘要：目前，草原沙漠化已經成為一種不可不可忽視的現象，其不僅不會破壞土層的穩定性，同時還會使道路喪失使用功能。除自然因素之外，人為因素在其中所占比例較高，主要是由于機動車的隨意碾壓而造成的。本文就選取了呼倫貝爾爾草原不同程度的碾壓區域作為試驗樣本，對整個破壞過程及結果進行了詳細分析，促使相關人員能夠以此為依據制定相應的解決策略，保護植被與土層。

關鍵詞：車輛碾壓；沙質草原表土；力學性質

引言：

為了使草原能夠維持原本的生存狀態，并使沙漠化現象得到有效控制，當前必須通過實驗研究了解碾壓破壞的原理和過程，進而以此為依據限制機動車的行駛，確保不會對土層造成過于嚴重的破壞。本文就對這一問題進行了具體分析。

一、概述

草原沙漠化的一個主要原因就是車輛輾壓，這主要是因為在碾壓過程中會對植被及土壤造成嚴重破壞。經過實踐調查發現，在所有人為因素導致的沙漠化現象中，車輛行駛在其中所占的比例高達20%[1]。本文的主要探究對象是呼倫貝爾草原，風蝕坑是其沙漠化的一種重要形式，機動車碾壓在其中所占比例高達35%。另外，一些重型卡車在運送材料的過程中會反復進行碾壓，導致地表向下30厘米之內的土層破壞現象十分嚴重，這就使得風蝕坑沙漠化成為一種不可避免的現象。但針對這些問題，以往的研究局限于翻耕及防沙層面，而物理力學方面的研究十分之少。因此，本文就以表層沙土作為主要研究對象，分析碾壓所導致的力學變化，進而明確草原沙漠化的機理和過程。

二、研究方法

本次研究共選取了四種不同的土質，分別為未經碾壓、碾壓不明顯、碾壓較為嚴重以及因碾壓導致道路廢棄。另外，選擇的研究對象是沙土表層30厘米之內的土層。在研究過程中可主要分為四個步驟，首先是剖面觀測，這就需要在研究所在地進行剖面的開挖，進而在開挖過程中了解開挖的難度及植被的具體生長情況。第二是指標試驗，需要在每個地區分別選取不同埋深的土層作為試驗對象，并且對每一種狀況都需要進行三次試驗，最終取平均值。另外，在實驗過程中需要通過UU實驗求出粘聚力，并利用固結儀推測出壓縮系數[2]。第三是原位測試，其主要指根據剪切變形的特征掌握沙土的承載能力。第四，在研究現場進行碾壓試驗，并對停留轍進行測量。

三、結果分析

第一是土層剖面，研究結果表明碾壓在破壞植物根系的同時也對表層沙土造成了嚴重損壞。第二是力學性質，首先是顆粒組成，其主要以細砂為主且標配不良，碾壓較為嚴重的地區風蝕現象及土壤破壞較為嚴重。其次是物理性質，該項指標主要用來體現土的軟硬程度，同時抗剪力取決于摩擦角和黏聚力，并且碾壓程度越強，土的硬度越高，也更加密實。最終的研究結果表明，由于受到碾壓的影響，使得表層沙土的上層土質變得過硬，而下層依舊處于較為松軟的狀態，因此增大了土體的密度，使其不容易被壓縮。另外，碾壓方式的差異性也會產生不同特征的變形。由于沙土本身的強度較低，因此其所產生的變形通常為不可逆型[3]。同時，車轍使得土層的松動現象十分嚴重，并且使得植被嚴重受損。

四、討論

研究結果顯示，碾壓不僅對植被根系造成嚴重破壞，同時也使得沙土的細粒組成在原有基礎上明顯有所減少。另外，車轍使得風蝕問題越發嚴重，并且碾壓會使得土層的變形更加顯著，進而引發不同程度的沉降，在這種情況下，風力的侵蝕作用會逐漸形成規模極大的風蝕坑。另外，經過碾壓使得上層土質變硬，這雖然對于工程的實施能夠起到促進作用，但卻使得植被退化問題越發嚴重。在土質硬度變大的過程中使得種子在土層下被壓制，無法自然生長，這就使得植被在被破壞的情況下恢復起來具有較大難度。同時，在碾壓之后土壤的養分明顯有所降低，其自然為無法為植物的生長提供充足的養分。另外，盡管一定程度的碾壓有利于增強土壤的強度，進而將路面的變形問題控制在一定范圍內，但如果土層本身強度較低，在超額負載的狀態下就會產生振動蠕變，并且變形區域會逐步擴大，導致土層產生破口，進而將原本處于地面之下的散沙逐漸暴露出來[4]，這就使得風蝕坑的形成成為一種不可避免的現象。另外，如果破口處所含水分過量，在荷載壓力之下就會出現沙土液化的現象，這會使得土體完全失去承載能力，進而使道路無法用于正常通行。這時車輛的碾壓將會轉移至新路線，但在此過程中又會造成新的破壞。總之，碾壓所引起的力學變化主要體現在壓縮、塑形以及剪力等各方面的破壞上，并且在破口處被侵蝕的過程中使得草原沙漠化的速度不斷加快。因此，當前最重要的是加強道路建設，并對機動車的行駛進行明確規定，保護植被與土層。

五、結語

總而言之，當前必須將草原沙漠化這一問題重視起來，了解車輛碾壓在其中所引發的后果，進而對機動車的行駛進行控制。同時，還應采取實驗分析的方式明確碾壓的機理，在此過程中最重要的是確保樣本選取的合理性，這樣才能使分析結果更加可靠，本文就對此進行了深入探究并分析了實驗結果。

參考文獻：

[1]烏仁其其格，張德平，王長順.車輛碾壓對草原地下生物量和土壤養分的影響[J].草業科學，2013，30（12）：1513-1516.

[2]趙明華.土力學與基礎工程[M].武漢：武漢理工大學出版社，2012：87-88.

[3]孫宏偉，王效科.呼倫貝爾沙質草原風蝕坑研究[J].中國沙漠，2012，27（3）：20-24.

[4]尹玲，程永輝.呼倫貝爾沙質草原表土物理力學性質[J].中國沙漠，2014，34（7）：930-936.