植被護(hù)坡在水流沖刷作用下的穩(wěn)定性研究

左蓓蓓

摘 要：現(xiàn)在我國(guó)生態(tài)環(huán)保事業(yè)在不斷的發(fā)展，水利事業(yè)的投資力度也在不斷的加大，現(xiàn)在植被護(hù)坡已經(jīng)被逐漸的應(yīng)用在護(hù)坡的工程中，在這樣的情況下，就要充分的考慮到植被護(hù)坡的穩(wěn)定性，尤其是在水流沖刷的過(guò)程中，對(duì)植被的穩(wěn)定性也會(huì)有著一定的影響，會(huì)受到一定的沖蝕或者是浸潤(rùn)，在水流的影響下，就極容易導(dǎo)致邊坡滑坡的現(xiàn)象，導(dǎo)致植被的穩(wěn)定性較差。因此要對(duì)植被護(hù)坡在水流沖刷作用下的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，增加植被的固土護(hù)坡的作用。

關(guān)鍵詞：植被護(hù)坡；水流沖刷；穩(wěn)定性研究

植被護(hù)坡就是指使用活的植被來(lái)保護(hù)人工的邊坡，在這樣的情況下，就可以減輕坡面的不穩(wěn)定性，而且邊坡也會(huì)受到侵蝕。植被護(hù)坡的研究需要結(jié)合水流沖刷進(jìn)行研究，因?yàn)橹脖蛔o(hù)坡在中小河流中的應(yīng)用是極為重要的，因此植被的穩(wěn)定性會(huì)受到河流沖刷的影響。本文就是對(duì)植被護(hù)坡在水流沖刷下的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，結(jié)合現(xiàn)在我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，為相關(guān)行業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)，促進(jìn)植被穩(wěn)定性的發(fā)揮。

1 邊坡穩(wěn)定性研究

邊坡的穩(wěn)定性就是指滑動(dòng)面上的滑動(dòng)力和抗滑力的比值，這一比值也被叫做抗滑穩(wěn)定性系數(shù)。這一比值如果越大就說(shuō)明了邊坡越穩(wěn)定，如果比值越小，就說(shuō)明邊坡越不穩(wěn)定。針對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，經(jīng)常使用的方法主要有四種：（1）定性分析法，這種方法就是對(duì)邊坡的地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)歷史、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、變形狀態(tài)和穩(wěn)定性進(jìn)行詳細(xì)的分析，針對(duì)這些具體性的因素來(lái)判斷穩(wěn)定的狀況和邊坡的演變。（2）極限平衡法，這種方法就是對(duì)可能性滑動(dòng)面進(jìn)行具體的分析，將滑動(dòng)面上的應(yīng)力轉(zhuǎn)化為一種均勻分布的狀態(tài)，在這樣的情況下，就能夠?qū)⑦吰路€(wěn)定性系數(shù)計(jì)算出來(lái)。（3）數(shù)值分析法，這種方法就是利用有限單元分析法，將應(yīng)力場(chǎng)和邊坡位移場(chǎng)首先計(jì)算出來(lái)，之后就利用巖石對(duì)可能性滑動(dòng)面和各個(gè)單元之間的穩(wěn)定性系數(shù)。

2 基于土壤黏聚力C、內(nèi)摩擦角ψ的剪切試驗(yàn)

通過(guò)對(duì)土壤黏聚力C和內(nèi)摩擦角ψ的研究，有很多的學(xué)者都進(jìn)行了有根系和無(wú)根系邊坡的巖土抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)，得出的結(jié)果是黏聚力C、內(nèi)摩擦角ψ和和含根量有著緊密的聯(lián)系，而且黏聚力會(huì)隨著含根量的增加而不斷的增加，內(nèi)摩擦角在含根量變化的情況下，沒(méi)有顯著的變化。通過(guò)相關(guān)的學(xué)者進(jìn)行充分的研究，抗剪強(qiáng)度和土壤的含根量有著緊密的聯(lián)系，而且狗牙根的根系可以提高土體的抗剪強(qiáng)度，而且根土復(fù)合體自身的抗剪強(qiáng)度也會(huì)隨著含根量的不斷增加而增加，但是如果含根量含根量達(dá)到了一定的值的時(shí)候，根土復(fù)合體的強(qiáng)度增加的幅度并不明顯，也就是說(shuō)在含根量的區(qū)域達(dá)到了0.3%～0.4%，有很多的學(xué)者就指出了香根草有著加筋的作用，可以增加土壤的黏聚力，也就是說(shuō)土壤的延伸性和抗剪強(qiáng)度會(huì)增加，也就是說(shuō)可以利用種植香根草的方法來(lái)進(jìn)行邊坡的防護(hù)。

通過(guò)研究可以發(fā)現(xiàn)，根的強(qiáng)度如果達(dá)到了70MPa，那么土壤的抗剪強(qiáng)度增加的幅度就會(huì)與單位體積土中根的重量成正比。而根的存在也就在一定程度上提高了淺層的土層的穩(wěn)定性，淺層的土層一般H<1m，但是如果H>1，那么根的加筋作用就會(huì)逐漸的減弱，最終會(huì)消失，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因是隨著深度的不斷增加，黏聚力對(duì)總體土的抗剪強(qiáng)度的貢獻(xiàn)就會(huì)減少。

通過(guò)對(duì)人工添加固有根系、少根系和缺少根系這三種土壤進(jìn)行充分的分析，按照不同的土壤類型進(jìn)行崩解、貫入和濺蝕等試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了有著植物根系的土壤在崩解速率上會(huì)明顯的快于缺少根系或者是少根系的土壤，但是根系的多少和貫入、濺蝕是沒(méi)有任何關(guān)系的貫入主要是與土壤顆粒的組成有著緊密的關(guān)系。利用植被的根系可以提高土壤的抗沖刷能力，而且地下部分的根系對(duì)沖刷量起著決定性的作用，出現(xiàn)這種原因主要是因?yàn)楦翟诒P繞著土體，這樣土壤的抗沖刷能力就會(huì)不斷的增加，在研究整個(gè)過(guò)程中，也可以得到以下的結(jié)論：那就是有根系的土壤會(huì)比無(wú)根系的土壤承受的剪力位移要大。

3 植被護(hù)坡在徑流沖刷下的穩(wěn)定性研究

有很多的學(xué)者在研究的過(guò)程中，通過(guò)水槽試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行河道徑流的模擬，這樣就可以得到平床各個(gè)邊坡的臨界破壞流速值，這樣就可以得出臨界沖刷破壞摩阻流速在0.032-0.033m/s之間：同時(shí)得出通過(guò)比較現(xiàn)場(chǎng)水流的摩阻流速和試驗(yàn)確定的臨界摩阻流速可以判斷現(xiàn)場(chǎng)條件下是否因沖刷而造成失穩(wěn)。邊坡滑動(dòng)破壞僅發(fā)生在邊坡頂層，并不影響邊坡的整體穩(wěn)定性。有學(xué)者從坡面侵蝕的角度，通過(guò)降雨及直接徑流沖刷條件下的坡面侵蝕試驗(yàn)，研究坡面侵蝕過(guò)程和沖刷流速（量）、侵蝕率與坡面微地形分形特征之間的關(guān)系，結(jié)果表明侵蝕坡面地形分維值與沖刷流量和坡度存在明顯的相關(guān)關(guān)系，把流速和坡面侵蝕率作為坡面地形演變的直接指標(biāo)，均存在分維值隨其先增大后減小的規(guī)律。

有學(xué)者以徑流沖刷模擬試驗(yàn)為研究手段，研究不同流量和不同坡度組合條件下坡面侵蝕過(guò)程中徑流剪切力的分布特征，并對(duì)應(yīng)分析土壤剝蝕率與各階段徑漉臨界剪切力的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明徑流剪切力和土壤剝蝕率隨沖刷流量的增加而增加.隨坡度的變化受臨界坡角影響，同時(shí)得出坡面產(chǎn)生淺溝時(shí)在20°和30°之間存在臨界坡角。有學(xué)者試驗(yàn)表明.土壤剝蝕率是坡度和流量的冪函數(shù)墑自著坡度和流量的增大而增加；坡度和流量與土壤剝蝕率之間呈顯著相關(guān)關(guān)系，流量對(duì)土壤剝蝕率的影響明顯大于坡度：土壤剝蝕率隨著水流剪切力的增大而增加，兩者呈冪函數(shù)關(guān)系，利用水流剪切力可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)土壤剝蝕率。同時(shí)指出21°是徑流剝蝕土壤的臨界坡角。另有學(xué)者的研究也表明，以面蝕為主.臨界坡角為22°～26°。

對(duì)于附有土工格室的黃土路堤邊坡，有學(xué)者試驗(yàn)得出，土工格室可以提高抗沖蝕能力40%，格室對(duì)于沖溝的形成可以起到很大的抑制作用.試驗(yàn)同時(shí)得出了各時(shí)段有無(wú)格室累計(jì)沖蝕量及沖蝕降低率變化。而另有學(xué)者的試驗(yàn)得出土工織物加筋草皮護(hù)坡比普通草皮護(hù)坡具有更高的抗沖刷能力。同時(shí)指出，坡上受沖刷破壞的程度與土類密切相關(guān)，對(duì)于水上坡是否防護(hù)取決于雨強(qiáng)。對(duì)于水下坡，則要看水流流速的大小，并分別給出水上坡滿足防沖要求的雨強(qiáng)-粒徑曲線，以及水下坡流速-粒徑曲線。

4 結(jié)論

從現(xiàn)有資料看.人們對(duì)植被護(hù)坡技術(shù)的研究還停留在定性認(rèn)識(shí)階段，而定量地分析植被是如何護(hù)坡并且有多大程度的防護(hù)以及其經(jīng)濟(jì)可行性等還沒(méi)有得到很好的研究。本文總結(jié)國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)水流沖刷作用下的植被護(hù)坡穩(wěn)定性研究的成果，從土壤的物理特性、降雨沖刷、徑流沖刷三個(gè)方面分別整理匯總了學(xué)者們的研究精華，期望以此推動(dòng)植被護(hù)坡技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作的進(jìn)一步實(shí)施。

參考文獻(xiàn)

[1]王越，丁艷榮，徐建華.中小河流治理技術(shù)研究及生態(tài)修復(fù)探討[J].中國(guó)水利，2012（6）.

[2]胡其志，周政，肖衡林等.生態(tài)護(hù)坡中土壤含根量與抗剪強(qiáng)度關(guān)系試驗(yàn)研究[J].土工基礎(chǔ)，2010，24（5）.