engineering properties of leucaena leucocephala for prevention of slope failure

Engineering properties of Leucaena leucocephala for prevention of slope failure

銀合歡的工程特性預防邊坡破壞O.Normaniza*,H.A.Faisal,S.S.Barakbah

第八組邱倍堅 7099042008江志文 7099042027

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簡報大綱

結論結果與討論實驗方法

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過去幾年，環保意識抬頭，人們期望在追求社會與經濟發展，同時也能兼顧生態永續發展。而生態工程是我們認為最有可能實現這理想的手段。

前言

Slope bioengineering is the use of living plant materials to perform some engineering and ecological functions for slope stabilization( 邊坡穩定 ) and site restoration( 現場恢復 )(Li and Eddleman, 2002)


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The mechanical or reinforcing effect of plant roots on the stability of slopes is mainly attributed to, inter alia, the increase of shear strength of the soil (Wu, 1995).

植物根系

Roots increase soil shear strength by anchoring a soil layer and by forming a binding network within the layer (Ziemer, 1981).


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Amongst the versatile leguminous trees, Leucaena leucocephalahas been determined as a potential slope plant (Parera,1982).

為什麼選擇銀合歡 (Leucaena leucocephala)?

It is a multipurpose tree which profusely produces propagules (beans)( 生產 ) and has been used as an erosion control plant. ( 沖蝕控制 ) It was also recently reported that L. leucocephala showed high tolerance ( 高容忍 ) and survival ( 高存活 ) and is a potential plant in the revegetation of lagoon ash in China (Cheung et al., 2000).


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The objective of this paper is to quantify( 量化 ) theroot effect to slope stability in terms of root profile ( 根型對於邊坡穩定的影響 ) and root reinforcement capacity of the species studied. ( 根種類對固土能力的評估 )

實驗目的

方法1. Root profile experiment (根型實驗 )2.soil-root matrix experiment(根與土基質實驗 )

結論結果與討論介紹

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Root profile experiment (根型實驗 )

1. 將銀合歡種在直徑 30cm 、高 200cm 的 PVC 管裡，管內填充邊坡土壤

2. 實驗分成 6 月和 12 月二個組別，每個組別都各有三株銀合歡

3. 實驗採取完全隨機設計 (CRD) ，正常大氣壓力、相對濕度 60~81% RH 、發揮最大光合作用的放射線 (PAR)2000μEm-2s-1 以及溫度 21~34 度 C 之間

4. 每天澆水 2 次

Plant materials


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土壤採集自邊坡並

接受土壤標準試驗

決定土樣基本性質

根據粒徑分析曲線

將土樣分類為 silty

sand 沉泥質砂土

Soil



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根長 : 使用葉片影像分析求得

土壤體積 : 長 200cm 的 PVC 管分割出 40cm 的土深，可以得到0.0283 立方公尺的土體積

Root length density (RLD)


volume

lengthroot )/( 3

soil

totalmmRLD


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根據 Baker(1994) 的定理，根吸收的水有 98% 蒸散至大氣

Water absorption capacity (WAC)

lengthroot 98

100iontranspirat

root/day) /H (L 2 totalmOWAC


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soil-root matrix experiment(根與土基質實驗 )

1. 植物種類 : 銀合歡、 B.purpurea 、 B.orellana 三種植物

2. 將植物種在截面積 300mm*300mm 的剪力盒中央

3. 植物生長期間分成 6 月和 12 月二組，每種植物每組各三株

4. 生長條件 : 相對濕度 70~90% RH 、發揮最大光合作用的放射線 (PAR)2025μEm-2s-1 以及溫度 32~38 度 C 之間

Plant materials


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1. 三個 perspex box( 帕斯佩有機玻璃盒 ) 尺寸為300mm*300mm*200mm將之堆疊成高 60cm 的方柱體

2. 將邊坡土填入方柱體，分層夯打至 60cm 高，平均乾密度 1800kg/m3

Shear box preparation


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1. 根據 1990 英國標準方法BS1377:Part7:1990:5進行直接剪力試驗

2. 正向應力分成 10 、 20和 30kPa

Laboratory testing

結論實驗方法介紹

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Root length density (RLD)

Root profile of L.leucocephala

1. 根長密度 (RLD) 隨著土深增加而減少2. 時間愈長，根長密度 (RLD) 增加，有助於邊坡穩定


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1. 土體含水量增加、抗剪強度減少會導致根系固土能力下降2. 吸水能力好的植物可以使邊坡土壤飽和度下降，坡土較乾也較穩定



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soil-root matrix L.leucocephala

銀合歡生長 6 個月後，

根系大幅增加土壤凝

聚力，使土壤抗剪強

度增強

Shear strength,cohesion and friction factors


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植物生長 6 個月

後，對土壤的

摩擦角並沒有

太大的影響



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植物生長 12

個月後，土

壤的凝聚力

有明顯的上升



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植物生長 12 個月後，銀

合歡和 B.purpurea 的摩

擦角在土深 0.3m 有顯著

的升高，但是在其他土

深卻不明顯



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所有植物對土壤凝聚力的貢獻隨時間增加而上升



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soil-rootmatrix L.leucocephala

所有植物對土壤摩擦角的貢獻沒有明顯隨時間改變



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植物的根在到達土

深 60cm 時的根密

度，可增加土壤抗

剪強度進而穩定土

壤，減少表土沖蝕

Relationship between shear strength and root profiles


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O’Loughlin(1984)指出直徑 1-20mm 的細根貢獻大部分抗剪強度使土體強度增加。凝聚力的增加，可能是因為植物根纖維的數量增加所造成的。細根團接近地表可以像草一般覆蓋在地表，防止表土沖蝕。

Rickson 和 Morgan(1988) 也指出細根在一個地方所佔的百分比增加，能使土壤流失比率減少。主根和細根的結合增強土壤基質抗剪強度。

Relationship between shear strength and root profiles

結果與討論實驗方法介紹

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銀合歡在 6 月 ~12 月期間根系固土能力的增加率


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所有試驗植物在 12 個月後根系固土能力的比較


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1. 在 6 月和 12 月的試驗中顯示了正向應力的增加也伴隨著抗剪強度的增加，符合土壤力學的定理

2. 植生在靠近表土的地方根長密度 (RLD)通常最高，對表土的影響較大

3. 在所有試驗的植物中，銀合歡對於土壤能增加顯著的凝聚力，且能隨著時間的增長而增加

4. 銀合歡主根的廣泛生長在土深 0.1m 有極大的抗剪強度

5. 植物除了有力學的貢獻外，在水文方面也扮演了重要的角色，吸水能力高，土壤含水量就下降，地滑、沖蝕的風險就減小

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謝謝聆聽

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