식생 및 경사 안정성

Vegetation and slope stability

식생과 경사 안정성은 경사면에서 자라는 식물생명의 능력에 의해 상호 연관되어 경사의 안정성을 촉진하고 방해한다. 그 관계는 토양의 종류, 강우량계, 현재의 식물종, 경사면, 경사의 급경사를 복합적으로 조합한 것이다. 토양 유형, 나이, 지평선 발달, 응집 및 기타 영향의 함수로서 기초적인 기울기 안정성에 대한 지식은 식물이 기울기의 안정성을 어떻게 변화시킬 수 있는지를 이해하는 중요한 기초적인 측면이다.[1] 식물이 경사 안정성에 영향을 미치는 방법은 크게 바람 던지기, 물 제거, 식물의 질량(추출), 뿌리의 기계적 강화 등 4가지다.

바람 던지기

바람 던지기란 바람의 힘으로 나무가 쓰러지는 것으로 나무 밑의 뿌리판과 인접 토양이 드러나며 경사 안정성에 영향을 미친다. 바람 투척은 경사면에 있는 나무 한 그루를 고려할 때 요소지만, 관련된 풍력이 잠재적 방해력의 작은 비율을 나타내고 집단의 중심에 있는 나무는 바깥쪽에 있는 나무들에 의해 보호되기 때문에 나무의 몸체에 대한 일반적인 기울기 안정성을 고려할 때 덜 중요하다.[2]

수분 증식

물제거

식물은 증발을 통해 물을 제거함으로써 경사면의 안정성에 영향을 미친다. 증기는 식물 조직에 포함된 액체 상태의 물이 증발하고 증기가 공기로 배출되는 것이다.[3] 물은 뿌리로부터 뽑아내어 식물을 통해 잎까지 운반된다.

증산의 주요 영향은 습윤을 통해 발생하는 강도 상실을 방지하는 토양 모공 수압의 감소인데, 이것은 나무 주변의 수분 상실로 가장 쉽게 보여진다. 그러나 나무 뿌리와 관목 뿌리에 의지하여 경사지의 물을 제거하기가 쉽지 않아 결과적으로 경사 안정성을 확보하는데 도움이 된다. 습윤 상태에서 전이되는 능력은 심각하게 감소하고 따라서 이전에 증발과 증발로 얻었던 토양 강도의 증가는 손실되거나 현저하게 감소할 것이며, 따라서 현시점에서는 이행의 영향을 고려할 수 없다. 그러나 폭풍우 사건이나 장기간 강우 기간에 의한 포화상태에 따른 경사파괴의 가능성은 증산으로 인해 감소될 것으로 가정할 수 있다. 더욱이 습기 함량의 변화는 비파열 전단 강도에 영향을 미치지만, 일상적인 경사 안정성 분석에 일반적으로 사용되는 유효 전단 응력 매개변수는 분석에 사용되는 수압(흡입)은 변경되더라도 습기 함량 변화에 직접적으로 영향을 받지 않는다.[2][3]

건조 균열은 건조한 날씨에서 식물에 의해 잠재적으로 슬립면에 더 깊이 침투하고 습한 기간 동안 토양으로 수압을 증가시키도록 촉진되어 잠재적으로 확장될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 그럼에도 불구하고 이러한 균열은 최소한의 저항의 길을 따라가면서 흙 속으로 더 깊이 자라나는 뿌리에 의해 메워질 것이다.[2]

말레이시아의[4] 연구는 뿌리 길이 밀도, 토양수 함량, 그리고 궁극적으로 기울기 안정성과 상당한 관계가 있다는 것을 보여주었다. (표면에 식물이 밀집해 있어) 뿌리 밀도가 높은 슬로프는 슬로프 결함을 겪을 가능성이 적었다. 뿌리 길이 밀도가 높으면 토양수 함량이 낮아져 전단강도 증가와 토양 투과성 저하가 발생하기 때문이다. 뿌리 길이 밀도와 토양 수위는 슬로프 안정성을 나타내는 지표로 사용할 수 있으며, 향후 슬로프 붕괴를 예측하는 데 사용될 수 있다고 제안한다.[4]

증산은 식물이 광범위한 뿌리 체계를 가지고 있고 겨울 내내 빠른 증발이 계속될 때 강조된다.[5]

물의 제거는 식물이 제공하는 음영에 의해서도 영향을 받는다. 음영 처리로 인해 토양의 오염을 방지하여 수축과 균열을 초래하여 빗물이 깊이 침투할 수 있다. 식물은 토양에 효과적인 음영을 제공하기 위해 잎 대 뿌리 비율이 높고 더운 여름 동안 지속될 수 있는 능력이 필요하다.[5]

초목의 덩어리

식물의 질량은 경사면에서 더 큰 나무가 자라고 있을 때만이 경사 안정성에 영향을 미칠 가능성이 있다. 30-50m 높이의 트리는 약 100–150 kN/m2의 하중을 가질 가능성이 있다. 대형 트리는 안전 계수를 10% 증가시킬 수 있으므로 회전 장애가 발생할 가능성이 있는 경사로의 발끝에 심어야 한다. 그러나, 만약 나무가 경사면 꼭대기에 심어진다면, 이것은 안전의 계수를 10%까지 줄일 수 있다. 각 경사면에서 재배해야 하는 식물의 유형을 나타내는 설계 식생 봉투.[2][5]

각각의 기울기 안정성 상황은 관련된 식물에 대해 독립적으로 고려되어야 한다. 수분이 줄면서 경사의 무게를 줄인다는 것을 기억해야 한다. 이것은 한계 안정성의 경사면에서 유의할 수 있다.[2]

경사면의 발가락 영역에서 더 큰 나무를 제거하면 증발 효과의 상실로 인한 토양 강도의 감소와 점토 토양에 임시로 흡인력을 보상하기 위해 사용 가능한 물이 빨려들어감에 따라 연화될 수 있는 하중의 감소가 발생할 수 있다. 이는 깊은 절삭으로부터 제방의 상단 층에 놓였을 때 과부하 압력이 완화되어 과부하된 밀폐물의 인식된 연화와 유사하다.[2]

뿌리의 기계적 보강

뿌리는 고장 평면을 가로질러 자라는 것, 말뚝 역할을 하는 뿌리 기둥, 그리고 표면 침식을 제한함으로써 토양을 강화한다.[5][6][7]

장애 평면 간 근본 성장

잠재적 실패 평면에 걸쳐 뿌리가 자랄 때 결합 입자에 의한 전단 강도의 증가가 있다. 뿌리는 불안정한 해빙토를 더 깊은 안정층이나 암반 속에 고정시킨다.[1] 이는 2년 이상 지속되는 급속한 뿌리 깊이(깊이 1.5m)가 있을 때 가장 쉽게 발생한다. 그러나 대부분의 실패는 1.2~1.5m의 토양 깊이에서 발생하는 반면 뿌리에 의해 발휘되는 강도는 일반적으로 1m까지 확장된다는 점에 유의해야 한다.[5]

뿌리철근모형

뿌리 강화 접지 루트 모델은 잠재적 슬립면에 걸친 뿌리 연장의 결과로, 인장 루트 힘을 생성하여 뿌리와 토양 사이의 응집성 및 마찰성 접촉에 의해 토양으로 전달된다.[8]

인장 루트 강도 기여 및 꺼내기 저항

뿌리의 당김 저항은 지면에서 뽑아낼 뿌리 구조물의 측정된 저항이며, 실험실에서 측정한 파단에 대한 뿌리 저항인 측정된 인장 강도보다 약간 작을 가능성이 있다. 사용 가능한 풀 아웃 데이터가 없는 경우 인장 강도 데이터는 사용 가능한 최대 풀 아웃 저항의 대략적인 지침으로 사용될 수 있다.[2]

다양한 종에 걸친 직경 범위의 인장근강도는 실험실에서 시험했으며 약 5~60MN/m2인 것으로 확인되었다. 뿌리가 실제로 경사 안정성을 강화하려면 뿌리가 토양과 충분한 내장 및 접착력을 가져야 한다. 뿌리가 토양과 상호작용하는 방법은 복잡하지만 공학적 목적을 위해 사용 가능한 힘 기여는 현장 견인 시험으로 측정할 수 있다.[2]

루트 형태학 및 고장 모드

뿌리의 길이와 뿌리의 가지 종류는 뿌리의 실패가 일어나는[2][9] 방식에 영향을 미친다. 뿌리의 형태와 실패곡선의 형태로 나타나는 뿌리의 토양 관계와 관련된 산사나무 뿌리에서 세 가지 다른 실패 모드가 확인되었다. 가지가 없는 뿌리는 장력에 실패하여 최소한의 저항으로 땅속에서 바로 뽑아내는 경향이 있다. 가지들이 여러 개 있는 뿌리는 일반적으로 각 가지가 흙 안에서 부서지면서 단계적으로 고장 난다. 그런 다음 이 뿌리들은 두 개의 다른 그룹으로 분리될 수 있다. 1) 초기에 최대 정점에 도달한 다음 상당한 변형 후에 뿌리 가지가 고장나면서 점진적으로 감소하는 높은 힘을 유지하는 것과 2) 점점 더 가해지는 힘으로 부서지는 것. 많은 시험에서 뿌리의 한 부분과 토양 사이의 상당한 접착력은 뿌리가 결국 토양 덩어리에서 빠져나오기 전에 측정될 수 있다.[2]

A형 고장

가지도 없는 뿌리는 일반적으로 장력에 실패하고 최소한의 저항만 가지고 땅에서 똑바로 뽑아낸다. 뿌리는 최대 뽑힘 저항력에 도달한 후 약점에서 빠르게 실패한다. 뿌리는 점진적인 테이퍼링(길이 따라 뿌리 지름이 점진적으로 감소)으로 인해 쉽게 토양 밖으로 빠져나간다. 즉, 뿌리를 뽑으면 지름보다 더 큰 공간을 통해 이동하게 되어 결과적으로 주변 토양과 더 이상의 결합이나 상호작용이 없다.[9]

B형 고장

B형 고장은 분기된 뿌리가 처음에 최대 피크 저항까지 도달한 후 높은 저항을 지속할 때 발생하며, 이 저항은 상당한 스트레인 후 뿌리의 가지가 고장나면서 서서히 감소한다. 어떤 시험에서는 뿌리의 한 부분과 토양 질량 사이의 상당한 접착력이 뿌리가 결국 빠져 나오기 전에 측정될 수 있다. 갈퀴로 갈라진 뿌리는 포크의 위쪽의 공동이 충치를 통해 이동하려는 뿌리보다 얇기 때문에 더 큰 힘을 빼야 하며, 이는 뿌리가 흙을 통해 이동함에 따라 토양이 변형될 수 있다.[9]

C형 고장

여러 가지 가지 가지나 갈림 가지를 가진 뿌리도 인장 기능 부전을 겪을 수 있지만, 대부분 각 가지들이 토양 내에서 부서지면서 단계별로 고장난다. 이러한 뿌리는 더 큰 지름의 뿌리가 점진적으로 끊어지는 것에 해당하는 계단식 봉우리 형태로 단계적으로 점점 더 힘을 가하면서 부서진다. 뿌리는 점차적으로 최종 인장 고장이 날 때까지 토양과의 결합을 방출한다.[9]

뿌리가 길이에 따라 많은 작은 뿌리들을 가진 정현상 모양의 경우, 뿌리는 곧게 펴질 때 최대 당김 저항력에 도달한 다음 가장 약한 지점에서 끊어지는 경우도 있지만, 이때 뿌리는 토양과 달라붙어 상호작용하면서 흙에서 뽑히지 않고 남아 있는 강도를 만들어 낸다. 이때 당김을 막으면 뿌리가 흙에 힘을 더 주게 된다. 그러나, 만약 뿌리가 땅에서 완전히 뽑힌다면, 토양과 더 이상의 상호작용이 없으므로 토양강도의 증가가 제공되지 않는다.[9]

뿌리 뽑기 저항성에 영향을 미치는 요인

연구 결과에 따르면 산사나무와 참나무 뿌리의 당김 저항은 뿌리 인장 강도가 변화하는 것과 유사한 방식으로(실험실에서 측정했을 때) 내부 종 차이, 종간 변화 및 뿌리 크기(지름)에 의해 영향을 받는다고 한다[9]. 인장 강도 시험에서 뿌리에 작용하는 힘은 인장 강도 시험에서 사용되는 짧은 길이(약 150mm)의 뿌리 길이보다 더 긴 여러 가지 가지를 포함하는 더 큰 뿌리 영역에 작용한다. 꺼내기 테스트에서 루트는 분기점, 노드 또는 손상된 영역과 같은 약한 지점에서 고장날 가능성이 있다.

이 연구는 또한 산사나무와 귀리뿌리의 최대 뿌리 뽑기 저항과 뿌리 지름 사이에는 긍정적인 상관관계가 있다는 것을 보여주었다[9]. 직경이 작은 뿌리는 직경이 큰 뿌리보다 당김 저항이나 파단력이 낮았다.

말뚝 역할을 하는 루트 기둥

나무와 뿌리기둥은 나무뿌리와 뒷부분이 박혀 있는 나무심근 시스템을 통해 버팀목과 토양이 아치되어 있을 때 말뚝 역할을 함으로써 얕은 덩어리의 움직임을 막을 수 있다.[5]

표면 침식의 제한

식물은 또한 시트 워시, 육지 흐름과 같은 표면 과정을 제한함으로써 물의 침식을 통제하는데 사용될 수 있다.[6][7] 식물은 토양 응집력을 강화하여 경사의 안정성에 상당한 기여를 할 수 있다. 이 응집력은 뿌리 시스템의 형태학적 특성과 단일 뿌리의 인장 강도에 따라 달라진다.[1]

미세한 뿌리가 표면의 침식에 저항한다는 증거가 상당히 있다. 일반적인 경사 안정에서 미세한 뿌리의 역할은 충분히 이해되지 않는다. 미세한 뿌리가 지표면 토양을 함께 유지하고 지표면 침식을 막는 데 도움이 된다고 생각된다. 미세한 뿌리 네트워크는 지반합성 메쉬 원소들과 견줄 만한 겉으로 강화된 응집력을 가질 수 있다. 표면 침식 과정의 한계는 미세한 뿌리 분포가 일관되고 명확하게 정의된 관목과 풀의 영역에서 특히 명백하지만, 응집력은 일반적으로 상위 1m의 토양으로 제한된다.[2]

참고 항목

참조

  1. ^ a b c Mattia, C.; Bisetti, G. & Gentile, F. 2005, '일반 지중해 종의 뿌리 시스템의 생물학적 특성', 식물과 토양, 제278권, 제1권, 페이지 23–32호
  2. ^ a b c d e f g h i j k 그린우드, J.; 노리스, J.&윈트, J. 2004, '경사안정에 대한 식물의 기여 평가', 토목기술자 협회의 절차, 제157권, 제4권, 제199-207권.
  3. ^ a b 2007년 6월 10일 유엔 식량 농업 기구, 증발 가스 소개 http://www.fao.org/docrep/X0490E/x0490e04.htm
  4. ^ a b 오스만, N.&Barakabah, S. 2006, '경사 안정성 예측 변수 - 토양 물과 뿌리 프로필', 생태 공학, 제28권, 제1권, 페이지 90–95호
  5. ^ a b c d e f Perry, J, Pedley, M, & Reid, M. 2003, Infrastructure 제방 조건 평가 및 교정 치료, MWL Digital, Pontypool, South Wales.
  6. ^ a b C.; 반 비크, R. & 쿠이즈만, A. 2005, '채식 후계 및 SE 스페인의 경사 안정성에 대한 결과', 제278권, 제1호, 페이지 135–147.
  7. ^ a b Morgan, R. 2007, Stokes, A. (eds), Eco- and Ground Biology의 '침식 억제를 위한 식물 기반 기술': 런던 도드레히트의 경사 안정성 향상을 위한 식물의 사용, 페이지 265–272.
  8. ^ Van Beek, L.; Wint, J.; Cammerat, L. & Edwards, J. 2005, '폐허가 된 지중해 경사면에 뿌리철근의 관측과 자극', 식물 & 토양, 제278권, 제1권, 페이지 55–74호.
  9. ^ a b c d e f g 노리스, J. 2005, '영국 남부의 고속도로 절단면에 산사나무와 참나무 뿌리를 이용한 뿌리 보강', '식물 및 토양', 제278권, 제1권, 제43-53권.

원천

  • British Broadcasting Corporation 2007, Biology, 2007년 6월 10일 www.bbc.co.uk/.../gcsebitesize/img/bi05006.107
  • 그린우드, J.; 노리스, J.&윈트, J. 2007, '토론: 경사 안정성에 대한 식물의 기여 평가', 토목 공학 협회의 절차, 제160권, 제1호, 제51-53권.
  • 2007년 6월 2일, INTBAU 2007, 전통적인 건축, 건축 및 도시주의를 위한 국제 네트워크 www.intbau.org/Images/Scarano/scarano3.580.jpg를 참조했다.
  • Selby, M. 1993, Hillslope 자료와 과정, 옥스포드 대학 출판부, 옥스포드, 영국.
  • 왓슨, A. & Marden, M. 2004, 토착 재배 식물의 성능을 나타내는 뿌리 인장 강도 - 어떻게 순위를 매깁니까?, 랜드케어 리서치, 링컨, NZ.