植被对边坡稳定作用的研究

植被对边坡稳定作用的研究

1构建石边坡绿化网络，提升河道绿化质量生态保护是指“将活物无量植物与土木工程和非生物材料结合，减少班卡的不稳定性和侵蚀性”。方法和方法是保护和控制植被。目前，工程界更直观地把它称为“边坡绿化”。近2a来，随着我国对“绿化通道建设”力度的加大，高速公路岩石边坡的绿化问题已提上日程，并成为大势所趋。绿色通道建设是我国从总体上构建以重点林业生态工程为骨架，以城镇、村庄绿化为依托，以公路、铁路、河渠、堤坝等沿线绿化为网络的国土绿化战略。全国绿色通道建设的目标是：到2005年，对全国的高速公路、60%的现有铁路、国道、省道、河渠、堤坝实现绿化。到2010年，力争对全国所有可绿化的公路、铁路、河渠、堤坝全面绿化，形成带、网、片、点相结合，层次多样、结构合理、功能完备的绿色长廊，使绿色通道与生态环境、城乡绿化美化融为一体。由于国内在生态护坡方面研究还比较少，在岩石边坡绿化方面积累的经验也相当匮乏，因此，本文首先从力学和水文方面分析了植被对边坡浅层的稳定作用以及对坡体表层的侵蚀控制作用，然后通过对华南及西南地区一些高速公路岩石边坡绿化方法的分析，探讨了目前国内高速公路岩石边坡正在试用的绿化方法，以期为岩石边坡的绿化积累一些经验。2生态保护原则2.1植物的机械影响(1)地下岩土层中树木生长的作用植物的垂直根系穿过坡体浅层的松散风化带，锚固到深处较稳定的岩土层上，起到预应力锚杆的作用。禾本科、豆科植物和小灌木在地下0.75～1.5m深处有明显的土壤加强作用，树木根系的锚固作用可影响到地下更深的岩土层。试验表明，根的直径越细，则抗拉强度越高，其相关公式为式中：T为树根的抗拉强度；D为树根的直径；n,m为给定树种的经验常数。对于直径2～5mm的各种类型的树根，其抗拉强度T为8～80MPa。(2)带预应力的三维加筋植草的根系在土中错综盘结，使边坡土体在其延伸范围内成为土与草根的复合材料，草根可视为带预应力的三维加筋材料。根据摩尔-库仑准则，草根的加筋增加了土体的粘聚力c值，使其破坏线向上平移∆c；另外，草根的张拉限制了土体的侧向变形，使σ3增大到σ3+∆σ3，从而使摩尔圆向右平移∆σ3，如图1所示。∆c，∆σ3的大小与草根密度、强度及土体性质有关。2.2植被对水文的影响(1)体水压力的大小降雨是诱发滑坡的重要因素之一，边坡的失稳与坡体水压力的大小有着密切关系。植物通过吸收和蒸腾坡体内水分，降低土体的孔隙水压力，增加土体吸力，提高土体的抗剪强度，有利于边坡体的稳定。(2)降低坡面雨污水的事故特性一部分降雨在到达坡面之前就被植被截留，以后重新蒸发到大气或下落到坡面。下落的雨滴在打击坡面时，把动量传递给土体，产生的分裂力使土体颗粒分离飞溅，在滴溅过程中，雨滴动量越大，撞击分裂力越大，被溅出的土粒数量也越多，植被能拦截高速下落的雨滴，减少雨滴数量、滴溅能量及飞溅的土粒。(3)起片蚀、沟蚀地表径流带走已被滴溅分离的土粒，进一步可引起片蚀、沟蚀。植被能够抑制地表径流并削弱雨滴溅蚀，从而能控制土粒流失，通常情况下，土体的流失量随植被覆盖率的增加呈指数关系降低。2.3生态护坡的作用生态护坡与传统土木工程加固相比，虽然材料及其强度不同，但在功能方面仍有许多相似之处。表1是两工程功能的比较。采取工程加固措施，对减轻坡面修建初期的不稳定性和侵蚀方面的效果很好，作用非常显著。然而，随着时间的推移，岩石的风化，混凝土的老化，钢筋的腐蚀，强度会降低，效果也越来越差。而采用生态护坡则与此相反，开始作用非常虚弱，但随着植物的生长和繁殖，强度增加，对减轻坡面不稳定性和侵蚀方面的作用会越来越大。另外，生态护坡还有一个显著的优点，是能够恢复由于工程建设所破坏的植被，具有美化环境的功能。生态护坡也有其局限性，如植被根系的延伸使土体产生裂隙，增加了土体的渗透率；又如植物的深根锚固仍无法控制边坡更深层的滑动，若根延伸范围内无稳定的岩土层，则其作用便不明显，若遇大风雨则易连根拔出。因此，生态护坡技术应与工程措施结合，发挥二者各自的优点，以保证边坡的稳定，并起到植被恢复、美化环境的作用。36岩石边坡绿化方法与比较3.16岩石边坡绿化方法简单(1)土坡面锚杆—方法1。挖沟+三维网+液压喷播(或撒播)绿化挖沟、三维网及液压喷播都是土质边坡常用的绿化方法。由于岩石边坡不存在植物生长所需要的土壤环境，因此，以上三种绿化方法都无法直接应用于岩石边坡。方法1即是把挖沟植草、三维网植草及液压喷播(或撒播)三种土质边坡绿化方法有机组合起来的新型绿化方法。方法1的施工顺序为：人工清坡→开挖楔形沟→坡面锚杆施工→楔形沟回填→铺三维网并用“U”形钉固定→安装锚杆垫板、螺母→覆土于三维网并浸润→液压喷播(或撒播)→铺无纺布养护。方法1可适用于坡度不陡于1∶0.75的泥岩、页岩等稳定的软质岩边坡，边坡应易于人工开挖楔形沟，且易风化，并含有植物生长的矿物元素。方法1已应用于渝黔高速公路、成南高速公路等软质岩边坡绿化。(2)岩坡岩网植草结合的岩石边坡绿化土工格室是上世纪80年代国外开发的一种新型特种土工合成材料，主要用于路基加筋、垫层，现在已开始用于边坡绿化。方法2是把土工格室、三维网植草和液压喷播结合起来形成的岩石边坡绿化方法。方法2的施工顺序为：人工清理、平整坡面→钻孔→安装顶部固定钉→挂土工格室并灌浆插入锚杆→安装底部固定钉→格室间连接→格室内填土→铺三维网并固定→液压喷播→铺无纺布养护。方法2可适用于坡度不陡于1∶0.3～1∶0.5的泥岩、砂岩和灰岩稳定边坡。方法2已应用于渝黔高速公路岩石边坡的绿化。(3)与土工格栅、液压喷播结合钢筋混凝土骨架本是边坡加固的方法之一，它是在路堑边坡坡面上现浇钢筋混凝土锚梁形成的骨架，与锚杆结合加固边坡。现在与土工格栅、液压喷播结合在一起，同时又起到边坡绿化的作用。方法3的施工顺序为：铺土工格栅并固定→锚杆及混凝土框架梁施工→框架内填土并浸润→液压喷播→铺无纺布养护。方法3可应用于坡度为1∶0.5～1∶0.75的深层稳定岩石边坡绿化。方法3已应用于渝黔高速公路岩石边坡的绿化。(4)岩石边坡绿化六方空心砖植草是常用于低矮路堤边坡的绿化方法之一。同钢筋混凝土骨架结合起来也可用于岩石边坡的绿化。方法4的施工顺序为：锚杆及混凝土框架梁施工→框架内满铺六方空心砖→空心砖内填土→表层撒播草种并覆薄层土→养护。方法4可应用于坡度不陡于1∶0.75的稳定岩石边坡绿化。目前此方法已应用于绵广高速公路岩石边坡的绿化。(5)表面胶结与养护喷混绿化是利用特制喷混机械将土壤、肥料、有机质、保水材料、植物种子、水泥等混合干料加水后喷射到岩面上，通过水泥的粘结作用将上述混合物在岩石表面形成一层具有连续空隙的硬化体，而空隙内填有植物种子、土壤、肥料、保水材料等，以实现岩石边坡的绿化。方法5的施工顺序为：边坡修整→挂网并安装锚杆→喷混→铺无纺布养护。方法5可应用于开挖后的岩体坡面的绿化。目前此方法已应用于盐坝高速公路的软岩边坡绿化。(6)边坡、混凝土边坡的绿化施工方法为4个月厚层基材喷射护坡技术是利用混凝土喷射机将绿化基材、纤维、植壤土及植被种子的混合物依据设计厚度均匀喷射到需防护坡面的植被护坡工程技术。它的基本构造主要由锚杆、复合材料网及基材混合物三部分组成，其中绿化基材是技术的核心。方法6同方法5的区别主要在于：(1)采用的粘结材料不同，方法5为水泥，方法6为高分子材料；(2)方法6采用了高分子团粒剂，以促进适宜于植物生长的团粒结构的形成，方法5则利用水泥使混合物形成连续空隙体。方法6的施工顺序为：清理边坡→挂网并安装锚杆→喷射基材混合物→养护。方法6可应用于年平均降水量大于600mm、连续干旱时间小于50d、非高寒地区的坡度不超过1∶0.3的软质岩边坡、硬质岩边坡及浆砌片石面、混凝土面的植被防护或绿化。目前，此方法已应用于渝黔高速公路、成南高速公路、盐坝高速公路的高陡硬岩边坡及浆砌片石面的绿化。3.26喷播、撒播植草方法1,2,3,4虽然施工各不相同，但却具有共同点，即首先在岩石坡面上营造植物生长所必需的土层条件，然后再采用液压喷播或撒播的方法植草。方法5,6比较接近，都是直接喷射含有草种的混合物于坡面，喷射层既有一定的稳定性，又适宜于植物的生长。为了保障坡面植物能够长期稳定地生长，营造的外来土层或直接喷射层必须能够经受雨水的冲蚀。研究表明：采用方法6形成的基材层抗雨水侵蚀能力要强于直接覆土。(2)土壤含矿层团粒结构是指土壤形状近似圆球的小团聚体，其粒径为0.25～10mm，俗称“米糁子”、“蚂蚁蛋”。具有团粒结构较多的土壤，能协调水、肥、气、热诸肥力因素，是最适宜植物生长的土壤结构。方法1,2,3,4都使用外来肥沃农田土，本身已具有团粒结构。方法6通过使用高分子团粒剂保证了喷射层团粒结构的形成。方法5形成的团粒结构则要差一些。(3)土壤大力推动养殖方法1,2,3,4都是仅用肥沃农田土或者填加化肥，化肥用完以后，会出现由于土壤贫瘠导致植物生长不良。方法5,6都使用了大量的有机质等作为长效肥，因此，在坡面形成稳定健康的植物群落之前不会出现养分耗尽现象。(4)边坡目前的应用表明：方法1,3,4一般不适用于坡度不大于1∶0.75的边坡，也不适用于硬质岩边坡。方法4,5,6则可应用于坡度不大于1∶0.3的陡边坡。由于方法2的工序较为复杂，且机械化程度很低，因此不适于高大边坡的快速绿化。(5)施工过程的复杂性工程应用表明，由简单到复杂的施工工序为：方法4→方法6→方法5→方法3→方法2→方法1。(6)不同坡面植物在不同地区的生长和稳定性采用不同的绿化方法施工后，由于各种外部条件都满足坡面植物生长的需要，且养护及时，因此，初期阶段坡面植物生长良好，植被覆盖率高。但是，方法1～6都还处于示范工程应用阶段，每种方法从出现到应用最长还不足2a，因此，每种方法施工后，坡面植物的耐久性还需要进一步观测。从理论上讲，植物生长的外部条件只需满足植物生长所需的水