一种基于生物聚合物增强客土生态特性的方法及评价方法
阅读说明：本技术 一种基于生物聚合物增强客土生态特性的方法及评价方法 (Method for enhancing soil-dressing ecological characteristics based on biopolymer and evaluation method ) 是由 白玉霞 刘瑾 王颖 马晓凡 马柯 宋泽卓 王梓 于 2021-06-02 设计创作，主要内容包括：一种基于生物聚合物增强客土生态特性的方法,步骤包括：配制生物聚合物溶液；将生物聚合物溶液加入至客土中,采用湿法拌和方式,将生物聚合物水溶液与客土均匀混合,使生物聚合物的浓度为0.5-2.5%。一种基于生物聚合物增强客土生态特性的方法的评价方法,包括以下步骤：A、客土强度评价,赋分记为S1；B、客土抗崩解性评价,赋分记为S2；C、客土抗冲刷特性评价,赋分记为S3；D、客土抗开裂特性评价,赋分记为S4；E、客土促进植被生长特性评价,赋分记为S5；F、根据客土的强度评价、抗崩解性评价、抗冲刷特性评价、抗开裂特性评价及促进植被生长特性评价得到总评价,总评价的总赋分值为S,其中S=(S1+S2+S3+S4+S5)/5。(A method for enhancing the ecological characteristics of soil dressing based on biological polymers comprises the following steps: preparing a biopolymer solution; adding the biopolymer solution into the soil, and uniformly mixing the biopolymer aqueous solution and the soil by adopting a wet mixing mode to ensure that the concentration of the biopolymer is 0.5-2.5%. An evaluation method of a method for enhancing the ecological characteristics of soil dressing based on a biopolymer comprises the following steps: A. evaluating the strength of the foreign soil, and assigning a score of S1; B. evaluating the disintegration resistance of the alien soil, and assigning a score of S2; C. evaluating the scour resistance of the foreign soil, and assigning a score of S3; D. evaluating the anti-cracking property of the foreign soil, and assigning a score of S4; E. evaluating the growth characteristics of the vegetation promoted by the alien soil, and assigning a score of S5; F. and obtaining total evaluation according to the strength evaluation, the disintegration resistance evaluation, the scour resistance evaluation, the cracking resistance evaluation and the vegetation growth promotion evaluation of the alien soil, wherein the total assigned value of the total evaluation is S, and S = (S1+ S2+ S3+ S4+ S5)/5.)
技术领域
本发明涉及土体特性改良领域，具体地说是一种基于生物聚合物增强客土生态特性的方法及评价方法。
背景技术
矿山工程、公路工程等挖山工程遗留下大量的裸露岩质边坡。这类岩质边坡由于坡面风化程度过大，水土流失严重，缺乏植被生长所需要的土壤与养分，植被几乎难以生长，破坏了周围的绿化环境。目前对于岩质边坡对采用客土喷播进行生态修复，而对于一些高、陡、光滑岩质边坡以及在极端天气条件下，客土基材常出现客土滑落、开裂、水土流失等问题，难以同时满足其物理力学性质和生态建设的要求。因此需要提出一种成本低、效果好的增强客土生态特性的方法。生物聚合物作为一种新型客土加固材料，因其具有成本低、加固效果好以及生态环保等优点，正在被越来越广泛应用于客土特性改良当中。
客土的黏聚力、内摩擦角、裂隙率、崩解率、冲刷率以及促进植被生长特性能够体现客土的生态特性。目前对客土生态特性的评价主要采用的是单一指标，如冲刷率、植被生长情况以及裂隙率，而对客土生态特性综合评价的方法还较少，且无法对改良材料的最优掺量进行确定，从而需要对以上指标进行系统评价。
因此，提出一种增强客土生态特性的方法并对其进行综合评价具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是解决当前客土在岩质边坡生态修复应用中的不足，提供一种基于生物聚合物增强客土生态特性的方法，并提出一种综合强度参数、抗崩解率、抗冲刷率、抗开裂特性以及促进植被生长特性的评价方法。
本发明采用如下的技术方案：
一种基于生物聚合物增强客土生态特性的方法，步骤包括：
步骤1，配制生物聚合物溶液；
步骤2，将生物聚合物溶液加入至客土中，采用湿法拌和方式，将生物聚合物水溶液与客土均匀混合，混合后的混合物中，生物聚合物的质量百分比浓度为0.5-2.5％。
进一步地，所述生物聚合物是黄原胶。
一种基于生物聚合物增强客土生态特性的方法的评价方法，包括以下步骤：
A、客土强度评价：通过不固接不排水三轴剪切试验得到不加生物聚合物溶液客土及添加生物聚合物溶液客土的黏聚力和内摩擦角，其中与不加生物聚合物溶液的客土相比，黏聚力的增加率赋分记为S11，内摩擦角的增加率赋分记为S12，强度参数增强率赋分记为S1，其中S1＝(S11+S12)/2；
B、客土抗崩解性评价：将客土试样放置水中，记录试样浸水48小时后不加生物聚合物溶液客土及添加生物聚合物溶液客土的质量损失，其中与不加生物聚合物溶液的客土相比，崩解率降低率赋分记为S2；
C、客土抗冲刷特性评价：将客土喷播在边坡上，采用模拟降雨，模拟边坡客土受冲刷工况，并对坡面客土冲刷量进行称重，得到不加生物聚合物溶液客土及添加生物聚合物溶液客土的坡面冲刷率，其中与不加生物聚合物溶液的客土相比，冲刷率降低率赋分记为S3；
D、客土抗开裂特性评价：通过模拟开裂试验，计算不加生物聚合物溶液客土及添加生物聚合物溶液客土的裂隙率，其中与不加生物聚合物溶液的客土相比，裂隙率降低率赋分记为S4；
E、客土促进植被生长特性评价：通过植被生长试验，计算不加生物聚合物溶液客土及添加生物聚合物溶液客土的植被密度和植被高度，其中与不加生物聚合物溶液的客土相比，植被密度增加率赋分记为S51，植被高度增加率赋分记为S52，记S5＝(S51+S52)/2；
F、根据客土的强度评价、抗崩解性评价、抗冲刷特性评价、抗开裂特性评价及促进植被生长特性评价得到总评价，总评价的总赋分值为S，其中S＝(S1+S2+S3+S4+S5)
/5。
进一步地，步骤A中强度评价主要是对添加不同含量生物聚合物客土的黏聚力和内摩擦角进行测量，通过与未增强客土黏聚力和内摩擦角相比，得到强度参数增强率计算客土强度参数赋分值，赋分值如下：
增加率/％
≤10
10-30
30-50
50-70
S11或S12赋分值
5
15
30
45
增加率/％
70-90
90-110
≥110
S11或S12赋分值
60
75
90
其中S1＝(S11+S12)/2。
进一步地，步骤B中客土抗崩解性评价主要是对添加生物聚合物的客土在浸水48小时，通过与未掺入生物聚合物客土的崩解率进行比较，得到崩解率降低率，通过所述崩解率降低率计算抗崩解性赋分值，赋分值如表2：
崩解率降低率/％
≤5
5-15
15-25
S2赋分值
10
20
40
崩解率降低率/％
25-35
35-45
≥45
S2赋分值
60
80
95
其中崩解率评价公式为：其中Ve为崩解率，V0为客土初始质量，Vs为客土在浸水48小时后的质量。
进一步地，步骤C中客土的抗冲刷性评价，主要是对添加生物聚合物改良后客土进行模拟冲刷试验，得到坡面客土冲刷率，并与未增强客土冲刷率进行比较，得到冲刷率降低率，通过所述冲刷率降低率计算抗冲刷性赋分值，具体如下：
冲刷率降低率/％
≤5
5-15
15-25
S3赋分值
10
20
40
冲刷率降低率/％
25-35
35-45
≥45
S3赋分值
60
80
95
其中冲刷率评价公式为：其中Ee为冲刷率，M0为边坡客土初始质量，Ms为边坡客土在冲刷后的质量。
进一步地，步骤D中客土抗开裂特性评价，主要是对添加生物聚合物改良后客土进行模拟开裂试验，通过计算裂隙面积和试样面积的比值，得到客土裂隙率，并与未增强客土裂隙率进行比较，得到裂隙率降低率，通过所述裂隙率降低率C计算抗开裂性赋分值，具体如下：
所述裂隙率评价公式为：其中Ce为裂隙率，A0为边坡客土初始质量，As为边坡客土在冲刷后的质量。
进一步地，步骤E中客土的促进植被生长特性评价，主要是对添加生物聚合物改良后客土进行植被生长试验，植被培育相同时间后计算植被密度和测量植被高度，并与未增强客土植被生长情况进行比较，得到植被生长增强率，通过所述植被生长增强率计算客土强度参数赋分值，具体如下：
植被密度增加率/％
≤10
10-30
30-50
50-70
S51或S52赋分值
5
15
30
45
植被高度增加率/％
70-90
90-110
≥110
S51或S52赋分值
60
75
90
所述促进植被生长参数赋分值S5＝(S51+S52)/2。
进一步地，步骤F中，当75＜S≤100，基于生物聚合物增强客土生态特性的评价为优秀；当50＜S≤75，基于生物聚合物增强客土生态特性的评价为良好；当25＜S≤50，基于生物聚合物增强客土生态特性的评价为中等；当0＜S≤25，基于生物聚合物增强客土生态特性的评价为较差。
本发明的上述技术方案与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明提供了一种增强客土生态特性的方法，将生物聚合物，优选黄原胶作为一种增强客土生态特性添加剂加入至客土中，生物聚合物与水反应形成弹性凝胶，能够有效改变客土的结构，生物聚合物凝胶覆盖在客土颗粒表面，包裹着土颗粒，形成的团聚体增加了土结构的完整性；同时凝胶的粘结性增加了土颗粒间的作用力；并且在一定程度填充了客土孔隙，使得生物聚合物复合试样的生态特性显著提高。
(2)此外，还提供一种客土生态特性的评价方法，将客土强度参数、抗崩解性、抗冲刷性、抗开裂以及促进植被生长的性能综合评价，为增强客土生态特性的评价提供方案。
附图说明
图1所示为本发明一实施例的基于生物聚合物增强客土生态特性的方法及评价方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创新性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护内容。
本实施例中，
基于生物聚合物增强客土生态特性的方法，步骤包括：
配制生物聚合物溶液；
选取密度为1.70g/cm3的5份客土，将生物聚合物溶液分别加入至客土中，采用湿法拌和方式，将生物聚合物水溶液与客土均匀混合，使生物聚合物的浓度分别为0.5％、1％、1.5％、2％以及2.5％。
基于生物聚合物增强客土生态特性的评价方法，步骤如图1所示，首先将所有客土试样分别制成三轴压缩试验试样、崩解试验试样、冲刷试验试样、开裂试验试样以及植被生长试验试样，通过相应试验测得生物聚合物增强客土的强度参数(内摩擦角、黏聚力)、崩解参数(崩解率)、冲刷参数(侵蚀率)、开裂参数(裂隙率)、植被生长参数(植被密度、植被高度)，从而综合评价生物聚合物增强客土的生态特性，并进行如下步骤：
A、客土强度评价，通过不固接不排水三轴剪切试验得到不加生物聚合物溶液客土及添加生物聚合物溶液客土的黏聚力和内摩擦角，其中与不加生物聚合物溶液的客土相比，黏聚力的增加率赋分记为S11，内摩擦角的增加率赋分记为S12，强度参数增强率赋分记为S1，其中S1＝(S11+S12)/2；
B、客土抗崩解性评价，将客土试样放置水中，记录试样浸水48小时后不加生物聚合物溶液客土及添加生物聚合物溶液客土的质量损失，进而计算得到崩解率降低率，赋分记为S2；
C、客土抗冲刷特性评价，将客土喷播在边坡上，采用模拟降雨，模拟边坡客土受冲刷工况，并对坡面客土冲刷量进行称重，得到不加生物聚合物溶液客土及添加生物聚合物溶液客土的坡面冲刷率，冲刷率降低率赋分记为S3；
D、客土抗开裂特性评价，通过模拟开裂试验，计算不加生物聚合物溶液客土及添加生物聚合物溶液客土的裂隙率，裂隙率降低率赋分记为S4；
E、客土促进植被生长特性评价，通过植被生长试验，计算不加生物聚合物溶液客土及添加生物聚合物溶液客土的植被密度和植被高度，其中植被密度增加率赋分记为S51，植被高度增加率赋分记为S52，记S5＝(S51+S52)/2；
F、根据客土的强度评价、抗崩解性评价、抗冲刷特性评价、抗开裂特性评价及促进植被生长特性评价得到总评价，总评价的总赋分值为S，其中S＝(S1+S2+S3+S4+S5)/5。
步骤A中强度评价主要是对添加不同含量生物聚合物客土的黏聚力和内摩擦角进行测量，通过与未增强客土黏聚力和内摩擦角相比，得到强度参数增强率计算客土强度参数赋分值，赋分值如表1：
表1.黏聚力降低率和内摩擦角降低率赋分表
增加率/％
≤10
10-30
30-50
50-70
S11或S12赋分值
5
15
30
45
增加率/％
70-90
90-110
≥110
S11或S12赋分值
60
75
90
其中S1＝(S11+S12)/2，试验中与未添加生物聚合物的客土相比，添加浓度分别为0.5％、1％、1.5％、2％以及2.5％生物聚合物的客土黏聚力增加率分别为8.32％，37.80％，57.63％，73.26％以及98.37％，内摩擦角增加率分别为6.41％、13.56％、19.28％、26.12％以及30.36％，进而由表1获得不同含量生物聚合物增强客土黏聚力增加率赋分值分别为S110.5＝5、S111.0＝30、S111.5＝45、S112.0＝60以及S112.5＝75；内摩擦角增加率赋分值分别为S120.5＝5、S121.0＝15、S121.5＝15、S122.0＝15以及S122.5＝30；进而得到S10.5＝5、S11.0＝10、S11.5＝30、S12.0＝37.5以及S12.5＝52.5。
步骤B中客土抗崩解性评价主要是对添加生物聚合物的客土在浸水48小时，通过与未掺入生物聚合物客土的崩解率进行比较，得到崩解率降低率，通过所述崩解率降低率计算抗崩解性赋分值，赋分值如表2：
表2.崩解率降低率赋分表
崩解率降低率/％
≤5
5-15
15-25
S2赋分值
10
20
40
崩解率降低率/％
25-35
35-45
≥45
S2赋分值
60
80
95
其中崩解率评价公式为：其中Ve为崩解率，V0为客土初始质量，Vs为客土在浸水48小时后的质量，在试验中与未添加生物聚合物的客土相比，添加浓度分别为0.5％、1％、1.5％、2％以及2.5％生物聚合物的客土崩解率降低率分别为9.67％，14.41％，23.71％，29.95％以及37.58％，进而由表2获得不同含量生物聚合物增强客土崩解率降低率赋分值分别为S20.5＝20，S21.0＝20，S21.5＝40、S22.0＝60以及S22.5＝80。
步骤C中客土的抗冲刷性评价，主要是对添加生物聚合物改良后客土进行模拟冲刷试验，得到坡面客土冲刷率，并与未增强客土冲刷率进行比较，得到冲刷率降低率，通过所述冲刷率降低率计算抗冲刷性赋分值，见表3:
表3.冲刷率降低率赋分表
冲刷率降低率/％
≤5
5-15
15-25
S3赋分值
10
20
40
冲刷率降低率/％
25-35
35-45
≥45
S3赋分值
60
80
95
其中冲刷率评价公式为：其中Ee为冲刷率，M0为边坡客土初始质量，Ms为边坡客土在冲刷后的质量，在试验中与未添加生物聚合物的客土相比，添加浓度分别为0.5％、1％、1.5％、2％以及2.5％生物聚合物的客土冲刷率降低率分别为6.93％，14.62％，18.58％，27.87％以及40.63％，进而由表3获得不同含量生物聚合物增强客土冲刷率降低率分别赋分值为S30.5＝20，S31.0＝20，S31.5＝40、S32.0＝60以及S32.5＝80。
步骤D中客土抗开裂特性评价，主要是对添加生物聚合物改良后客土进行模拟开裂试验，通过计算裂隙面积和试样面积的比值，得到客土裂隙率，并与未增强客土裂隙率进行比较，得到裂隙率降低率，通过所述裂隙率降低率C计算抗开裂性赋分值，见表4：
表4.裂隙率降低率赋分表
所述裂隙率评价公式为：其中Ce为裂隙率，A0为边坡客土初始质量，As为边坡客土在冲刷后的质量，在试验中与未添加生物聚合物的客土相比，添加浓度分别为0.5％、1％、1.5％、2％以及2.5％生物聚合物的客土裂隙率降低率分别为16.93％，44.62％，78.38％，87.75％以及96.47％，进而由表2获得不同含量生物聚合物增强客土冲刷率降低率分别赋分值为S40.5＝10，S41.0＝40，S41.5＝60、S42.0＝80以及S42.5＝80。
步骤E中客土的促进植被生长特性评价，主要是对添加生物聚合物改良后客土进行植被生长试验，植被培育相同时间后计算植被密度和测量植被高度，并与未增强客土植被生长情况进行比较，得到植被生长增强率，通过所述植被生长增强率计算客土强度参数赋分值，见表5：
表5植被生长增强率赋分表
植被密度增加率/％
≤10
10-30
30-50
50-70
S51或S52赋分值
5
15
30
45
植被高度增加率/％
70-90
90-110
≥110
S51或S52赋分值
60
75
90
所述促进植被生长参数赋分值S5＝(S51+S52)/2，在试验中与未添加生物聚合物的客土相比，添加浓度分别为0.5％、1％、1.5％、2％以及2.5％生物聚合物的客土植被密度增加率分别为6.32％，14.83％，23.63％，25.26％以及33.417％，植被高度增加率分别为7.49％、14.73％、20.23％、26.52％以及36.74％，进而由表5获得不同含量生物聚合物增强客土植被密度增加率赋分值分别为S510.5＝15、S511.0＝30、S511.5＝60、S512.0＝75以及S512.5＝90；植被高度增加率赋分值分别为S520.5＝15、S521.0＝15、S521.5＝60、S522.0＝75以及S522.5＝90；进而得到S50.5＝15、S51.0＝22.5、S51.5＝60、S52.0＝75以及S52.5＝90。
步骤F中，当75＜S≤100，基于生物聚合物增强客土生态特性的评价为优秀；当50＜S≤75，基于生物聚合物增强客土生态特性的评价为良好；当25＜S≤50，基于生物聚合物增强客土生态特性的评价为中等；当0＜S≤25，基于生物聚合物增强客土生态特性的评价为较差。
在试验中，添加浓度分别为0.5％、1％、1.5％、2％以及2.5％生物聚合物的客土总赋分值S分别为S0.5＝(S10.5+S20.5+S30.5+S40.5+S50.5)/5＝14，S1.5＝(S11.0+S21.0+S31.0+S41.0+S51.0)/5＝22.5，S1.5＝(S11.5+S21.5+S31.5+S41.5+S51.5)/5＝46，S2.0＝(S12.0+S22.0+S32.0+S42.0+S52.0)/5＝62.5，S2.5＝(S12.5+S22.5+S32.5+S42.5+S52.5)/5＝76.5，进而确定添加浓度分别为0.5％、1％、1.5％、2％以及2.5％生物聚合物的客土生态特性效果分别为较差、较差、中等、良好以及优秀。
以上所述仅为本发明的示例性实施例，并非因此限制本发明专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接应用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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