植被護(hù)坡穩(wěn)定性研究分析

熊杰 李照金 張紅率 羅加敏 資雯婷 吳新春

(昆明學(xué)院城鄉(xiāng)建設(shè)與工程管理學(xué)院,云南昆明 650214)

植被護(hù)坡穩(wěn)定性研究分析

熊杰 李照金 張紅率 羅加敏 資雯婷 吳新春

(昆明學(xué)院城鄉(xiāng)建設(shè)與工程管理學(xué)院,云南昆明 650214)

隨著我國(guó)公路、鐵路、水庫等的興建,對(duì)邊坡的穩(wěn)定與生態(tài)環(huán)境保護(hù)有機(jī)結(jié)合的要求也越來越高。傳統(tǒng)的護(hù)坡方式雖有較好的護(hù)坡能力,但對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞是非常嚴(yán)重的,已經(jīng)不能與現(xiàn)在對(duì)生態(tài)壞境保護(hù)的需求相適應(yīng)。隨之被廣泛應(yīng)用的是植被護(hù)坡,它既有較好的護(hù)坡能力,又能使工程對(duì)生態(tài)壞境的破壞達(dá)到最小。本文將從植被對(duì)地表土顆粒流失的約束作用、植被根系對(duì)土體的加筋效應(yīng)、植被枝葉對(duì)降雨的導(dǎo)流減沖作用等幾方面對(duì)植被護(hù)坡的穩(wěn)定性進(jìn)行研究分析。

生態(tài)護(hù)坡 傳統(tǒng)護(hù)坡 穩(wěn)定性分析 植被

1 引言

在強(qiáng)降雨條件下,降雨對(duì)邊坡影響是非常大的。由強(qiáng)降雨對(duì)邊坡土壤侵蝕而引起的破壞主要有兩大類：第一是由于雨水對(duì)地表土壤的沖刷,導(dǎo)致一些地表土壤伴隨著水流流失;另一類是在雨水侵蝕作用下土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞,土坡直接失穩(wěn),發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。水土流失將破壞地面完整,沖走肥沃的淺層土壤,降低土壤肥力,造成土地硬石化及沙化等,將嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。而滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害則更是嚴(yán)重威脅著人類的生產(chǎn)生活安全,嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。為增大邊坡穩(wěn)定性,傳統(tǒng)的護(hù)坡方法一般以水泥、石料、混凝土等硬性材料為主要建材,在設(shè)計(jì)上主要以力學(xué)的角度進(jìn)行思考設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)護(hù)坡大致可分為淺層抹面捶面護(hù)坡、砌石護(hù)坡,鋼筋混凝土網(wǎng)格護(hù)坡、噴混類護(hù)坡等。

傳統(tǒng)型護(hù)坡雖然護(hù)坡能力強(qiáng),但是一次性投資大,難以恢復(fù)自然植被,使大量土坡巖石裸露在外面,不利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和水土保持,在外觀上較為單調(diào)生硬,多數(shù)情況下與周邊的景觀不協(xié)調(diào),與目前注重保護(hù)生態(tài)環(huán)境的發(fā)展趨勢(shì)相違背[1]。到29世紀(jì),日本、美國(guó)等一些歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家及地區(qū)他們基本上摒棄了傳統(tǒng)的護(hù)坡方式,他們開始廣泛應(yīng)用植被護(hù)坡技術(shù)進(jìn)行邊坡防護(hù)[2]。為適應(yīng)時(shí)代潮流,保護(hù)生態(tài)環(huán)境,走可持續(xù)發(fā)展道路,響應(yīng)國(guó)家出臺(tái)的《全國(guó)生態(tài)保護(hù)“十一五”規(guī)劃》,國(guó)家環(huán)?？偩窒掳l(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)工作的意見》號(hào)召,植被護(hù)坡在我國(guó)也得到了廣泛的應(yīng)用。植被護(hù)坡之所以能被廣泛采用,是因?yàn)槠渚哂性靸r(jià)低、施工簡(jiǎn)單、工期較短、有利于較好的保護(hù)生態(tài)環(huán)境,減少水土流失,美化環(huán)境等眾多優(yōu)點(diǎn)[3]。

表1 無植被邊坡各坡度相應(yīng)時(shí)間內(nèi)土的流失量

表2 植被護(hù)坡邊坡各坡度相應(yīng)時(shí)間內(nèi)土的流失量

圖1 水土流失試驗(yàn)裝置

2 植被對(duì)地表土顆粒流失的約束作用

當(dāng)高速的雨滴降落至地面時(shí),會(huì)對(duì)坡面產(chǎn)生較大的沖擊作用,會(huì)使地表土顆粒與母體分離,伴隨著降雨形成的水流一起流走,造成較大的水土流失。但在植被護(hù)坡的作用下,植被的枝葉能夠有效緩沖雨滴對(duì)地表的沖擊力,減少對(duì)地表土顆粒的沖刷。植被的枝干及根系還能有效阻擋被分離出來的土顆粒的流失。以有植被和無植被的人工邊坡進(jìn)行模擬降雨沖刷試驗(yàn),試驗(yàn)裝置通過參照盧坤林抬起實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢?yōu)化改進(jìn)而成(如圖1所示),通過調(diào)節(jié)升降調(diào)節(jié)器螺栓來改變邊坡坡度,坡度可調(diào)節(jié)為15°、30°、45°、60°,通過流量調(diào)節(jié)開關(guān)控制降雨量的大小。25min內(nèi)無植被護(hù)坡的邊坡在各坡度下土的流失量如表1所示,有植被護(hù)坡的邊坡在各坡度下土的流失量如表2所示。有無植被護(hù)坡邊坡水土流失量對(duì)照?qǐng)D如圖2所示。

圖2 有無植被護(hù)坡邊坡水土流失對(duì)照?qǐng)D

圖3 抗剪強(qiáng)度-根系關(guān)系圖

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,在25min內(nèi)無植被的邊坡水土流失量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有植被邊坡的水土流失量,即植被護(hù)坡對(duì)水土流失有較好的的防治作用。

3 植被根系對(duì)土體的加筋效應(yīng)

為了確定植被的根系在土壤中的作用及根土混合體強(qiáng)度與根系空間分布的關(guān)系,筆者利用水土流失試驗(yàn)所用土體及植被根系進(jìn)行直剪實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)制取的土樣為沒根、根在土體中分布的數(shù)量逐級(jí)增加。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

分析可知,植物的根一般都具有較大的強(qiáng)度,植物根的粘聚力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過土壤的粘聚力。植物根在土壤中的分布,就好比在混凝土中布置了一些鋼筋,能夠較好的提高邊坡土體的強(qiáng)度和邊坡土體的抗變形能力等[4]。但其真正強(qiáng)度提高大小與根的強(qiáng)度及根在土體中分布密度有關(guān),植物根系分布密度越大,土的抗剪強(qiáng)度越高,植被根系對(duì)提高土體抗剪強(qiáng)度有較大作用。

4 植被枝葉對(duì)降雨的導(dǎo)流減沖作用

胡其志、程明生通過對(duì)孔隙水壓力對(duì)滑動(dòng)面土體應(yīng)力狀態(tài)的影響進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),隨著空隙水壓力的增大,土體的強(qiáng)度指標(biāo)隨之降低。而用基于剛體極限平衡理論的傳遞系數(shù)法計(jì)算滑動(dòng)面的穩(wěn)定系數(shù),雖穩(wěn)定系數(shù)隨孔隙水壓力的增大呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)[5]。但初期穩(wěn)定系數(shù)的降低對(duì)邊坡的安全是非常不利的,許多災(zāi)害也就是發(fā)生在這個(gè)時(shí)期,所以我們要嚴(yán)格控制邊坡土體孔隙水壓力的增大。

隨著降雨時(shí)間的增長(zhǎng),雨水就會(huì)逐漸滲透到土層中,使土層中的孔隙水壓力隨之增大。但在植被護(hù)坡中植被的枝葉對(duì)雨水有較好的的導(dǎo)流防滲作用,它能夠使部分雨水沿著葉面逐級(jí)流向坡腳。從而有效的減小了水流的下滲,降低土體中的空隙水壓力,這對(duì)邊坡的抗滑穩(wěn)定是非常有利的。

5 結(jié)語

植被護(hù)坡具有施工簡(jiǎn)單、造價(jià)低、固坡性能好、美化環(huán)境、有效保護(hù)生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),常被運(yùn)用于現(xiàn)代護(hù)坡工程中。但要使其發(fā)揮較好的護(hù)坡性能,提高邊坡的抗滑能力,我們還應(yīng)更深入的研究。在植被的選擇及布置時(shí)我們應(yīng)注意遵循以下幾個(gè)原則：(1)所選植被根系應(yīng)較為發(fā)達(dá),能夠伸入較深土層中,并且不易老化有較強(qiáng)的抗剪能力;(2)枝葉面積較大,在被雨水淋濕后倒伏,葉面能呈較好的流線型對(duì)降雨有較好的導(dǎo)流及緩沖作用;(3)所選植被自重不能太重,以減少作用于邊坡上的不利于邊坡穩(wěn)定的荷載。

[1]劉黎明,邱衛(wèi)民等.傳統(tǒng)護(hù)坡與生態(tài)護(hù)坡比較與分析[J].三峽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007-12,29(6).528-530．

[2]戚國(guó)慶,胡利文.植被護(hù)坡機(jī)制及應(yīng)用研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2006-11,25(11).2221-2224．

[3]李輝,桂勇等.生態(tài)邊坡穩(wěn)定性模型試驗(yàn)研究綜述[J]．有色金屬科學(xué)與工程,2003-04,4(2).67-69．

[4]鄢朝勇,葉建軍等.植被對(duì)邊坡淺層穩(wěn)定的影響[J].水土保持研究,2007-02,14(1).24-27．

[5]胡其至,程明生等.考慮孔隙水壓力的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析[J]．長(zhǎng)沙大學(xué)學(xué)報(bào),2010-03,24(2).44-46．

With the construction of roads, railways, reservoirs, etc., ecological environment protection requirements for slope stability and organic collection is also increasing. Although the traditional way of a good slope revetment ability, but the destruction of the ecological environment is very large, and now has been unable to adapt to the needs of a bad environment for ecological protection. Is widely used along with vegetation slope, it has both good slope capability, but also make the project a bad environment ecological damage to a minimum. This article from the binding effect of vegetation on the surface of soil particles are lost, the effect of vegetation roots on reinforced soil, vegetation leaves less diversion of rainfall and other aspects of the role of the red slope vegetation on the slope stability undertaking research and analysis.

Traditional slope protection Ecological slope protection Stability analysis Vegetation

國(guó)家級(jí)本科教學(xué)工程,項(xiàng)目編號(hào)：201311393003。

熊杰(1992-),云南文山人,主要從事水利水電工程等方面的學(xué)習(xí)和研究。