植物护岸是目前河道边坡防护中广泛采用的一种防护形式,其主要原理就是利用植物特有的根系、茎叶和土体之间的相互作用从而达到防护的实际作用。植物的茎叶不仅可以拦截雨水、抑制地表径流从而减少水土的流失,而且还可以通过植物的光合作用和水文效应来降低环境的污染,净化空气,给人以美观的环境,令人身心愉悦;植物根系的吸水减压效应可以降低土体的孔隙水压力,并且由于根系纵横交错,错综盘结贯穿于土体中,起到加筋作用,提高土体的耐冲性。本次研究基于河道边坡栽植高羊茅的情况下,对边坡土体进行冲刷试验,通过冲刷深度这一指标来衡量边坡土体的耐冲性,冲刷深度是由于水流的流速较快,流量较大将土体中的土颗粒带走而产生的现象,本次研究还通过对冲刷后土壤进行颗粒分析试验、根系生物量测定以及对高羊茅根土复合体进行室内直接剪切试验,研究土壤中根系与土壤之间的相互作用对土壤耐冲性的影响。试验以常用的护坡植物高羊茅作为研究对象,将高羊茅分为两种不同的种植密度,四种不同植株高度分别为18cm,12cm,6cm,Ocm,进行河道边坡冲刷试验、直接剪切试验以及颗粒分析试验。主要试验内容有:(1)对含有不同种植密度和不同植株高度的高羊茅根土复合体分别在相同的冲刷历时,五种不同的冲刷流量(11.63L/s、25.18L/s、33.47L/s、45.39L/s、55.37L/s)下,进行边坡植草冲刷试验,通过测定冲刷深度这一指标来反映高羊茅的种植密度和植株高度对土体耐冲性的影响作用;(2)在三种不同土层深度(0～5cm,5～10cm,10～15cm)下取不同种植密度的高羊茅根土复合体进行室内直接剪切试验,测定在四种不同的垂直压力(50kPa、l00kPa、150kPa、200kPa)下土壤的抗剪强度,得出高羊茅种植密度与土层深度对土壤抗剪强度的影响,进而研究根系与土之间的相互作用;(3)通过DT-SCAN根系分析系统,对剪切之后的土样进行根系的根长密度、根系平均直径、根表面积、以及根系生物量等特性指标测定,得出根系的生物特性指标与土壤的粘聚力和内摩擦角以及冲刷深度之间的相关关系,从而反应出根系的特性指标与土壤抵抗剪切破坏能力和土壤耐冲性之间的关系;(4)分别对冲刷后的素土、低密度高羊茅和高密度高羊茅土体进行土颗粒分析试验,测定三种情况下土壤中各粒径土颗粒含量,绘制颗粒级配曲线,分析根系的存在对土壤颗粒组成影响作用,进而反映根系其对土体的耐冲性影响作用;本文研究主要结论为:(1)边坡土体的耐冲性与高羊茅的种植密度和植株高度呈正相关关系。种植密度一定的情况下,土体的冲刷深度随着植株高度的增大而减小,植株高度为18cm时的冲刷深度比植株高度为0cm时的冲刷深度平均减少了 46%,植株高度越高,土体耐冲性越强;植株高度一定的情况下,冲刷深度随着植株种植密度的增大而减小,高密度情况下的冲刷深度比低密度情况下的冲刷深度平均减少了 52%,种植密度越大,土体耐冲性越强。(2)高羊茅根土复合体的抗剪强度与植物的种植密度和土层深度有关,同一土层深度,植物的种植密度越大,根土复合体的粘聚力和内摩擦角越大,即抗剪强度越强,说明高羊茅的种植密度与土壤的抗剪强度成正相关关系;同一种植密度下,土层深度越深,根土复合体的粘聚力和内摩擦角越小,即抗剪切能力越弱,说明土层深度与土壤抗剪强度成负相关关系。(3)根长密度、根系平均直径、根系表面积以及根系生物量等生物特性指标都与根土复合体的粘聚力、内摩擦角以及冲刷深度呈一定的正相关关系,其中根长密度与土壤的粘聚力和内摩擦角都呈指数函数关系,关系式ρ=0.7894e1.5952C和ρ=3E-08e0.2475C,与冲刷深度呈线性关系,关系式ρ=-0.3024Z+23.953;根系平均直径与土壤的粘聚力呈现线性关系,关系式D=0.0717C+0.3377,与土壤的内摩擦角和冲刷深度呈指数函数关系,关系式分别为D=0.0454e0.0629φ和D=90.757e-1.6938z;根系表面积与土壤的粘聚力、土壤的内摩擦角和冲刷深度呈指数函数关系p=9.9435e0.0959C和p=0.0013e00.1944C和p=24.189e-0.01a32C;根系生物量与土壤的粘聚力呈对数关系,关系式m=0.4136Ln(C)-0.5257,与土壤的内摩擦角和冲刷深度呈指数函数关系,关系式分别为m= 0.008e0.12φ和m=37.505e-2.2006z。(4)素土、低密度和高密度高羊茅土壤的土颗粒组成随着流量的变化而变化,但是无论在哪种流量下,土颗粒粒径在0.5～1.0mm和小于0.075mm的颗粒总质量占总量百分比相对较大,而土颗粒粒径在大于2.0mm和0.1～0.25mm之间的颗粒总质量占总量百分比相对较小。素土中小粒径土颗粒的含量随着流量的增大减少的速度比较快,而低密度高羊茅次之,高密度高羊茅土中小粒径颗粒的含量减小的速度最慢。