植生と斜面の安定性

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植生と斜面の安定性は、斜面に生育する植物が斜面の安定性を促進したり妨げたりする能力によって相互に関連しています。この関係は、土壌の種類、降雨量、存在する植物種、斜面の側面、および斜面の急勾配の複雑な組み合わせです。土壌タイプ、その年齢、地平線の発達、圧縮、およびその他の影響の関数としての根底にある斜面の安定性に関する知識は、植生が斜面の安定性をどのように変えることができるかを理解するための主要な基本的な側面です。[1]植生が斜面の安定性に影響を与える主な方法は 4 つあります。の吹き付け、水の除去、植生の質量 (追加料金)、およびの機械的補強です。

風投げ

ウィンドスローとは、風の力で樹木が倒れることで、樹木の下の根板と隣接する土が露出し、斜面の安定性に影響を与えます。傾斜地にある 1 本の木を考慮する場合、風向は重要な要素ですが、樹木群の一般的な傾斜の安定性を考慮する場合は、影響を受ける可能性のある外乱力と中心にある樹木の割合が小さいため、それほど重要ではありません。グループのメンバーは、外部の人々によって保護されます。[2]

水分蒸散

水の除去

植生は、蒸散によって水を除去することにより、斜面の安定性に影響を与えます。蒸散とは、植物組織に含まれる液体の水が蒸発し、蒸気が空気中に除去されることです。[3]水は根から吸い上げられ、植物を通ってまで運ばれます。

蒸散の主な効果は、土壌間隙水の減少です湿気による強度の損失を相殺する圧力。これは、樹木の周囲の水分の損失として最も容易に見られます。しかし、樹木や低木の根に頼って斜面から水を除去し、斜面の安定性を確保することは容易ではありません。湿った状態で蒸散する能力は大幅に低下するため、以前に蒸発と蒸散で得られた土壌強度の増加は失われるか、大幅に減少します。したがって、これらの時点で蒸散の影響を考慮することはできません. しかし、暴風雨による飽和や長時間の降雨による斜面崩壊の可能性は、蒸散の結果として減少すると考えられます。また、含水率の変化は非排水せん断強度に影響を与えますが、[2] [3]

乾燥した天候では植生によって乾燥亀裂が広がる可能性があることに注意することが重要です。これにより、潜在的なすべり面への水の浸透が促進され、雨季に土壌への水圧が増加します。それにもかかわらず、これらの亀裂は、根が最も抵抗の少ない経路をたどるため、土壌の奥深くまで成長する根によって埋められます. [2]

マレーシアでの研究[4]は、根の長さの密度、土壌の含水量、そして最終的には斜面の安定性の間に重要な関係があることを示しています。根の密度が高い斜面 (表面の植生が密集しているため) は、斜面崩壊を受ける可能性が低くなりました。これは、根長密度が高いと土壌含水量が低くなり、その結果、せん断強度が増加し、土壌透過性が低下するためです。根の長さの密度と土壌の水位は、斜面の安定性の指標として使用でき、将来の斜面崩壊の予測に使用できる可能性があることが示唆されています。[4]

植生が広範な根系を持ち、急速な蒸散が冬の間続くと、蒸散が強調されます。[5]

水の除去は、植生による陰影の影響も受けます。日よけは、土壌の乾燥を防ぎ、収縮やひび割れを引き起こし、雨水が深く浸透するのを防ぎます。植物は、葉と根の比率が高く、暑い夏の数か月間、土壌の効果的な日陰を提供するために持続する能力を持っている必要があります. [5]

植生の塊

斜面に大きな樹木が生育している場合にのみ、植生の量が斜面の安定性に影響を与える可能性があります。高さ 30 ~ 50 m の木には、およそ 100 ~ 150 kN/m2 の負荷がかかる可能性があります。大きな木は斜面のつま先に植える必要がありますが、これにより安全係数が 10% 増加する可能性があるため、回転障害が発生する可能性があります。ただし、斜面の頂上に木を植えると、安全率が 10% 低下する可能性があります。斜面の各レベルでどのタイプの植物を栽培する必要があるかを示す、提案された設計植生エンベロープ。[2] [5]

それぞれの斜面安定状況は、関連する植生について個別に考慮する必要があります。水分が失われると、蒸散によって斜面の重量が減少することを覚えておくことが重要です。これは限界安定度の勾配で重要になる可能性があります。[2]

大きな木が斜面のつま先部分から取り除かれると、蒸発散効果の損失による土壌強度の低下と、適用荷重の減少の両方が起こり、結果として粘土質土壌が一時的に吸引され、軟化につながる可能性があります。吸引力を補うために、利用可能な水が引き込まれます。これは、盛土の最上層に配置された場合に、深い掘削によって表土の圧力が緩和されることにより、過固結した粘土が軟化することが認められていることに似ています。[2]

根の機械的補強

根は、破壊面を横切って成長し、根柱が杭として機能し、表面侵食を制限することにより、土壌を強化します。[5] [6] [7]

障害面全体でのルートの成長

根が潜在的な障害の面を横切って成長すると、粒子を結合することによってせん断強度が増加します。根は、不安定な表層土をより深い安定した層または岩盤に固定します。[1]これは、2 年以上持続する根の急速な深い成長 (深さ 1.5 m) がある場合に最も容易に発生します。ただし、ほとんどの障害は土壌の深さ 1.2 ~ 1.5m で発生するのに対し、根によって発揮される強度は一般に 1m までしか伸びないことに注意することが重要です。[5]

ルート強化モデル

根強化土根モデルは、潜在的な滑り面を横切る根の伸びの結果であり、根と土の間の粘着性および摩擦接触によって土に伝達される引張根力を生成します。[8]

引張ルート強度の寄与と引き抜き抵抗

根の引き抜き抵抗は、地面から引き抜かれる根の構造の測定された抵抗であり、実験室で測定された根の破断に対する抵抗である根の測定された引張強度よりもわずかに小さい可能性があります。 . 引き抜きデータが入手できない場合、引張強度データは、入手可能な最大引き抜き抵抗の大まかなガイドとして使用できます。[2]

さまざまな種のさまざまな直径の引張根強度が実験室でテストされ、約 5 ~ 60MN/m2 であることがわかっています。根が実際に斜面の安定性を高めるためには、根が十分に土に埋まり、接着している必要があります。根が土壌と相互作用する方法は複雑ですが、エンジニアリング目的のために、利用可能な力の寄与は、その場での引き抜き試験で測定される場合があります。[2]

根の形態と故障モード

根の長さと根の分岐の種類は、根の障害が発生する方法に影響します[2] [9]サンザシの根では、根の形状と破壊曲線の形状に示される根の土壌の関係に関連する、3 つの異なる破壊モードが特定されています。枝のない根は、張力に失敗し、最小限の抵抗で地面からまっすぐに引っ張る傾向があります。複数の枝を持つ根は、一般に、各枝が土壌内で壊れるにつれて、段階的に失敗します。これらのルートは、2 つの異なるグループに分けることができます。1) 最初に最大のピーク力に達し、その後、根の枝がかなりの歪みの後に壊れるにつれて次第に減少する高い力を維持するもの、および 2) ますます加えられる力で壊れるもの。多くの試験では、根が最終的に土塊から抜け出す前に、根の部分と土との間のかなりの接着を測定することができます。[2]

タイプAの失敗

枝を持たない根は、通常、張力に失敗し、最小限の抵抗で地面からまっすぐに引き出されます。根は最大の引き抜き抵抗に達し、弱点で急速に失敗します。根は、徐々に先細りになっているため(根の長さに沿って根の直径が徐々に減少する)、土壌から容易に滑り落ちます。これは、根が引き抜かれると、その直径よりも大きい空間を通って移動し、その結果、それ以上の結合がなくなることを意味します。または周囲の土壌との相互作用。[9]

タイプBの失敗

タイプ B の破損は、枝分かれした根が最初に最大のピーク抵抗に達し、その後大きな抵抗の後に根の枝が破損するにつれて徐々に減少する高い抵抗を維持する場合に発生します。いくつかのテストでは、根が最終的に滑り落ちる前に、根の一部と土壌塊の間のかなりの接着を測定できます。分岐した根は、フォークの上の空洞が空洞を通って移動しようとしている根よりも細いため、引き抜くのに大きな力が必要です。これにより、根が土壌を通って移動するときに土壌が変形する可能性があります. [9]

タイプ C の失敗

複数の枝または分岐した枝を持つ根も引張破壊を受ける可能性がありますが、主に各枝が土壌内で壊れるにつれて段階的に破壊されます. これらの根は、より大きな直径の根の漸進的な破壊に対応する階段状のピークの形で段階的に加えられる力によって破壊されます。根は、最終的な引張破壊まで、土壌との結合を徐々に解放します。[9]

場合によっては、根がその長さに沿って多くの小さな細根を持つ正弦波の形をしている場合、根は真っ直ぐになると最大の引き抜き抵抗に達し、次に最も弱い点で折れますが、この時点では根は土から引き抜かれません。土に付着して相互作用し、残留強度を生み出します。この時点で引っ張りを止めると、根が土に力を与えます。しかし、根が地面から完全に引き抜かれると、それ以上土壌との相互作用がなくなり、土壌強度が向上しません。[9]

根抜け抵抗に影響する要因

研究によると、サンザシとオークの根の引き抜き抵抗は、根の引張強度が変化するのと同様に、種内の違い、種間の違い、および根のサイズ (直径) の影響を受けることが示されています(実験室で測定)。 . 引き抜き試験では、根に作用する力は、引張強度試験で使用される短い (約 150 mm) 長さの根よりも、複数の枝、長い長さを含む、より大きな根領域に作用します。引き抜き試験では、根は分岐点、ノード、または損傷領域などの弱点で失敗する可能性があります。

この研究では、サンザシとエンバクの根の最大根引き抜き抵抗と根の直径との間に正の相関関係があることも示されました[9] 。直径の小さい根は、直径の大きい根よりも引き抜き抵抗または破断力が低かった。

杭として機能する根柱

木と根の柱は、茎と側枝が埋め込まれた複数のシンカー根を持つ木質の深い根系を通るバットレスと土壌のアーチがある場合、杭として機能することで浅い塊の動きを防ぐことができます. [5]

表面侵食の限界

植生は、シート ウォッシュや地上流などの表面プロセスを制限することにより、水の浸食を制御するためにも使用できます。[6] [7]植生は、土壌の結束を強化することにより、斜面の安定性に大きく貢献することができます。この結束は、根系の形態学的特性と単一根の引張強度に依存しています。[1]

細かい根が表面侵食に抵抗しているというかなりの証拠があります。一般的な斜面の安定性における細根の役割は完全には理解されていません。細い根が表土をまとめ、表層の侵食を防ぐのに役立っていると考えられています。細かいルート ネットワークは、ジオシンセティック メッシュ エレメントに匹敵する明らかな強化された結束を持っている可能性があります。表面侵食プロセスの制限は、細い根の分布が一貫して明確に定義されている低木や草の領域で特に明らかですが、凝集は一般に土壌の上部1mに制限されています. [2]

も参照

参考文献

  1. ^ b c マティア、C .; Bishetti、G. & Gentile、F. 2005、「典型的な地中海種の根系の生物工学的特徴」、植物と土壌、巻。278、1号、23~32ページ
  2. ^ a b c d e f g h i j k Greenwood, J.; ノリス、J. & ウィント、J. 2004、「斜面の安定性に対する植生の寄与の評価」、土木学会の議事録、巻。157、いいえ。4、pp。199–207。
  3. ^ a b 2007 年国連食糧農業機関、蒸発散入門、2007 年 6 月 10 日閲覧、http://www.fao.org/docrep/X0490E/x0490e04.htm
  4. ^ a b Osman, N. & Barakabah, S. 2006、「斜面の安定性を予測するパラメータ – 土壌水と根のプロファイル」、Ecological Engineering、vol. 28、いいえ。1、90~95ページ
  5. ^ a b c d e f Perry, J.、Pedley, M.、および Reid, M. 2003、Infrastructure embankments condition appraisal and remedial treatment、MWL Digital、Pontypool、South Wales。
  6. ^ a b Cammeraat、C.; van Beek, R. & Kooijman, A. 2005、「スペイン南東部における植生遷移とその斜面安定性への影響」、Plant and Soil、vol. 278、第1号、135〜147ページ。
  7. ^ a b Morgan, R. 2007, 'Vegetative-based technologies for erosion control', in Stokes, A. (eds), Eco- and Ground Bioengineering: The use of vegetation to Improvement Slope Stability, Dordrecht, London, pp. 265 –272.
  8. ^ van Beek, L.; ウィント、J。Cammeraat、L.およびEdwards、J. 2005、「放棄された地中海斜面での根の強化の観察と刺激」、Plant&Soil、vol。278、1 号、55 ~ 74 ページ。
  9. ^ a b c d e f g Norris, J. 2005, 'イングランド南部の高速道路の切土におけるサンザシとオークの根による根の補強', Plant and Soil, vol. 278、いいえ。1、43〜53ページ。

ソース

  • British Broadcasting Corporation 2007、Biology、2007 年 6 月 10 日閲覧、www.bbc.co.uk/.../gcsebitesize/img/bi05006.gif
  • グリーンウッド、J.ノリス、J. & ウィント、J. 2007、「ディスカッション: 植生の斜面安定への寄与の評価」、土木学会の議事録、巻。160、いいえ。1、51〜53ページ。
  • INTBAU 2007、伝統的な建物、建築、アーバニズムの国際ネットワーク、2007 年 6 月 2 日に閲覧、www.intbau.org/Images/Scarano/scarano3.580.jpg
  • Selby, M. 1993、ヒルスロープの材料とプロセス、オックスフォード大学出版局、オックスフォード、英国。
  • Watson, A. & Marden, M. 2004、土着の水辺植物の性能の指標としての根の引張強度 – それらはどのようにランク付けされていますか?、Landcare Research、Lincoln、NZ。
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