（岩土工程专业论文）植被护坡加固机理试验研究.pdf

堡茎苎堡塑! 坠矍兰塞至塞 摘要 随着国家公路、铁路、水电等基础建设的迅猛发展，出现了大量裸露的岩土 边坡，产生了严重的水土流失现象，既破坏了生态环境，又严重危及基础设施建 设的安全。植被护坡作为一门工程技术，己在边坡治理中得到了广泛应用。但是 目前对其加固机理的研究却滞后于工程实践。本文通过试验方法对植被护坡加固 机理进行了分析研究，并取得如下成果： ( 1 ) 系统地总结了目前植被护坡作用机理研究中根( 茎) 与岩士相互作用的 分析模型和方法，分析了它们存在的缺陷，并在此基础上设计并完成了一系列草 根加筋土室内三轴试验。 ( 2 ) 试验研究结果表明：不同加筋方式均可显著提高土体的粘聚力，但内摩 擦角基本保持不变，并且草根加筋土护坡加筋机理符合准粘聚力原理，由此提出 了适应性更强的准粘聚力计算公式。 ( 3 ) 分层草根加筋土三轴试验结果表明，在相同加筋层数条件下，存在最佳 草根含量，此时加筋土强度最大。 ( 4 ) 试验研究发现，在低围压下素土的强度包线呈明显的非线性，并据此回 归得到了该类素土的非线性强度准则表达式：而草根加筋土( 分层加筋或混合加 筋) 的强度包线均基本呈直线型，并由试验结果回归得到了相应的直线型强度准 则表达式。 ( 5 ) 基于试验结果，建立了素土和混合草根加筋土的b p 神经网络本构模型。 模型计算结果与试验结果对比分析表明，该神经网络本构模型具有很高的拟和精 度和良好的泛化能力。 关键词：边坡；植被护坡：草根加筋土；准粘聚力；强度；本构模型；人工神经 网络 i i a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s ei nc o n s t r u c t i o nl i k eh i g h w a y s ，r a i l w a y s ，d a me t c ，t h e r ea r ea l a r g en u m b e ro fs l o p e st h a td e s t r o yt h en a t u r a lv e g e t a t i o n i tl e a d st os e r i o u s w a t e r s o i le r o s i o n a n d e n d a n g e r t h ec o n s t r u c t i o no fi n f r a s t r u c t u r e b i o - s l o p e e n g i n e e r i n gh a sb e e ni nw i d eu s ei ns l o p ep r o t e c t i o n sa sab r a n c ho fs c i e n c e a n dt e c h n o l o g y 。b u tt h es t u d yo fr e i n f o r c e m e n tm e c h a n i s mf o rb i o s l o p e e n g i n e e r i n g i sl a g g i n gb e h i n dt h ee n g i n e e r i n gp r a c t i c e + i nt h i sp a p e rt h er e i n f o r c e m e n tm e c h a n i s m f o rb i o - s l o p e e n g i n e e r i n gi ss t u d i e da n da n a l y z e d ，s o m ec o n c l u s i o n sc a nb eg o ta s b e l o w ： ( 1 ) t h em o d e l sa n dm e t h o d so fr o o t - s o i li n t e r a c t i o na r es u m m a r i z e d ，t h e i r s h o r t a g ei s a l s oa n a l y z e d ，t h e nas e r i e so ft r i a x i a lt e s t sf o rg r a s s r o o t s r e i n f o r c e d s o i l ( g r s ) a r ed e s i g n e da n dc a r r i e do u t ( 2 ) t h el a b o r a t o r yt e s tr e s u l t ss h o wt h a t ：t h ec o h e s i o nc a nb ee n h a n c e de v i d e n t l y t h r o u g hr e i n f o r c e m e n t ，b u tt h ei n t e r n a lf r i c t i o na n g l eh o l d st h el i n eb a s i c a l l y , a n dt h e r e i n f o r c e m e n tt h e o r yo fg r sf o l l o w sp s e u d o - c o h e s i o nc o n c e p t ，am o r ea d a p t i v e e q u a t i o nf o rp s e u d o - c o h e s i o nc a l c u l a t i o ni sd e r i v e d 。 ( 3 ) t h et e s tr e s u l t so fg r sm i x e di nl a y e rs h o wt h a ta no p t i m a lr e i n f o r c e m e n t q u a n t i t ye x i s t si ng r si nt h eg i v e nn u m b e ro fg r a s s r o o t sl a y e r s ，u n d e rt h i sc o n d i t i o n t h es t r e n g t ho fg r sr e a c ht h em a x i m u m ( 4 ) t h es t u d ys h o wt h a t ：t h es t r e n g t he n v e l o p eo fs o i li sn o n l i n e a ru n d e rs m a l l n o r m a ls t r e s s ，b u tt h es t r e n g t he n v e l o p e so fg r s ( r e i n f o r c e m e n ti nl a y e ro rm i x e d ) i s l i n e a rb a s i c a l l y , t h ee q u a t i o no fs t r e n g t hc r i t e r i o nf o rs o i la n dg r sa r eg o tt h r o u g h f i t t i n gt h et e s td a t a ( 5 ) t h eb pn e u r a ln e t w o r kc o n s t i t u t i v em o d e l so fs o i la n dg r sr e i n f o r c e m e n ti n m i x i n ga r e e s t a b l i s h e db a s eo nt e s td a t a t h er e s u l t ss h o wt h a tt h en e t w o r k c o n s t i t u t i v em o d e lh a sg o o df i t t i n gp r e c i s i o na n dg o o dg e n e r a l i z a t i o na b i l i t yt h r o u g h c o m p a r i n gt h ep r e d i c t e dv a l u e sa n d t h em e a s u r e do n e k e y w o r d s ：s l o p e ；b i o s l o p e e n g i n e e r i n g ；g r a s s r o o t s r e i n f o r c e ds o i l ；p s e u d o c o h e s i o n ； s t r e n g t h ；c o n s t i t u t i v em o d e l ；a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k i l l 硕士学位论文 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名：每j 恬星日期：1 。0 6 年d f 月d f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：母jl j 、星日期：抛6 年。罗月口f e t 导师签名：胯k 盥南日期：。缉f 月哆日 v 。 1 。1 概述 第1 章绪论 随着我国经济建设的蓬勃兴起，基础设施建设得到迅猛的发展。特别是伴随 着西部大开发步伐的加快，我国将继续加大公路、铁路等繁础设施建设。我翻公 路建设款勰划是在全困掏建“五缴七横”约3 ，5 万公墨的爨道主予线系统。稚铁 道建设也将在“四横两纵”既有路网的基础上，强化“八纵八横”的路网主骨架。 在铁路、公路、承电等工程设施建设中经常要大量蝼方、摭方，澎或了大量酌揉 露边坡。裸露边坡的形成使地表植被遭到破坏，原有生态平衡失调，裸露的土层 或岩层表衙的抗蚀能力减弱，在雨滴和风蚀作用下水土极翁流失，严重时造成滑 坡、泥石滚等危骞，寇且还会造成局邦小气候熬恶化及生物链款破坏等。这秘现 象在我国北方的黄土、南方的花岗岩风化类红土等生态环境脆弱区尤为明显。 基本建设豹浚速笈震与生态环境兹不协调，导餮了久类赣疆生存环臻豹生态 破坏，同时也制约了社会经济的可持续发展，对人类的生存和社会发展构成了， 重威胁。阑j 磁，项目歼发与环境保护兼顾是经济可持续发展的重大课题，在工程 建设中合璎剥用资源、保护环境、美化环境，楚我们必须l i 襁积认奏对待的闽题。 公路、铁路、水利等：j ：程建设与自然环境密切相关。特别魁公路工程由于其舰模 大、疆嚣多、涉及瑟广，石壤挖_ i 程形戎装大量主石裸嚣边玻，破坏了毵蠢植 被，对当地生态环境影响较大，以往通常采用单纯的工程防护措施，如浆( 干) 砌 片石、喷锚防争、等，倦这些工程措施会导致原肖植被破坏、水土流失、滑坡、边 坡失稳等一系列生态环境和工程闻题。 随着人们环境保护意识的提高，人们越来趟认识到生态环境的破坏、i _ i 趋严 重秘颓繁的垂然灾害磁带，柬懿灾建。洪涝、旱灾、建沙瀵位、渗尘暴、温魔效 应、水质变化等火多来源于植被的减少、森林的破坏。国家十分重视工程建设中 的生态建设和环流傈护，工程建设中的生态建设、环境保护已被提上议程，这对 整个工程建设的可持续发展战咯的实施越到了撼动作用。尤其是糍速公路的建设 对生态系统的破坏具有工程规模大、影响不可逆、持续时间长、影响范围大等特 点，这些必须弓| 起裹逮公路建设考察静嵩度重褫。 因此为保持与自然环境的协调，保护和美化环境，恢复生态平衡，对边坡进 行防护绿化是菲常有势要的。 植被护坡是指“用活的棱物，单独用植物或者植物与本工稷和j 生命撼物 材料相结合，以减轻坡面的不稳定性和侵蚀。”i 2j 植被护坡是利用植被涵水固土的 植被护坡加吲机理试验研究 原理稳定岩二t 边坡同时美化生态环境的一稀新技术，蹩涉及者士工程、恢复生态 学、植物学、士壤聪料学等多学科与一体的综台工程技术。 植被护城的实践历史久远，最初穗被护城主篓应带于河淀的护弹及荒由酌治 理。 ( 1 ) 河堤护库，在中世纪，法国、瑞士的运河河岸就采蠲栽植稀树的方法宋 防护，我国有记载的植被护玻应用出现在1 5 9 1 年的朝代 3 l ，通过栽植柳树来鸯瑶凿 和保护河岸，这跫最早有记载的植彼护玻的应用，在1 7 氆纪植被护皱开始应蠲于 保护黄河河岸。 ( 2 ) 荒i | 治理，1 6 3 3 年，日本德川五代将军纲吉采用铺肇皮、栽种树蕾豹 方法治理荒山成为醋本植被护被的起源，1 6 5 6 年。在闻 l j 藩髂熊尺藩郡内豹群由 上也有播种松树类种予治琏荒山的记载汪l 。 植被护踱这一古老的护玻技术直澍2 0 氆纪裙才被人们蓬薪发蕊稆认谖。植被 护城形成一门学科，还是近干，l 年的事，直至今陌甚至连一个锿鼯切韵术语都没 有形成，英文称b i o t e c h n i q u e ，s o i lb i o e n g i n e e r i n g ，v e g e t a t i o n 或r e v e g e t a t i o n 等， 豳内也有植被护玻、植物舔玻、被面生态工耧之称等。 1 2 国内外研究应用状况 植被护坡作为一项工程技术，人们从护坡理论及技术应用两方面散了大量的 研究。一卜面对围内外的研究应用状况作简要的介绍。 1 2 1 国内外应用状况 对于攮被护坡技术的应用，从总 本上看，目静只本在植被护坡工稷技术研究 方瑟处于领先地位。在只本，植被护坡被拣为坡面绿化。_ 二战结束后，日本大规 模豹公鼹建设为其现代坡聪绿化提供了大量的机会。1 9 5 1 年，川端勇l 乍开发了采 耀辨来革秘兹辕生盘用于道路坡蕊，标志着以牧草类为代表的外来草神开始用于 坡露绿化。为适应大烈模炊遮绿化坡题，曰本住宅公团委托京都大学农学部造吲 学磺究嶷研究快速缀化工法，1 9 5 8 年4 月在大贩番里团进行r 多组观场喷射试验， 开发了嵝射秘子法。此后在京都东山道路边坡的喷射试验中确认了此项技术的实 用健，后来又经过多次试验，采月沥青乳剂覆盖膜养生，在名神高速公路的路蜒 边坡中缮到大规模灼应用。1 9 6 0 年从美国引进了喷播机，掇当时很先进的液压喷 援技术广泛应明予名享中裹速公路踌堤边坡的绿化。1 9 7 3 年开发出的纤维土绿化i ： 法标志着岩体绿化工稷的开始，这也是嗣本摄早开发的厚层基材喷射工法。此工 法于1 9 8 1 年获愿美国发明专利，技术上又几经改进，在2 0 世纪8 0 年代获得广泛 应捌，至令仍在应用。1 9 8 3 年开发出高次尉粒s f 绿化工法，此技术开发至今， 在翻本旌 二2 万余处，施二l ：总面积超过2 0 0 万m 2 。1 9 8 7 年6 月，闩本从法圈引 硬士学位论文 进迄续纤维翔麓工法，麓后把它与已有的玻面绿亿工法结合在一起，开发出连 续纾维绿化工法。l 逛方法予1 9 8 8 年开始实蠲铯，至1 9 9 2 年4 月裁跫麓王3 0 0 万 m 2 。之戚此工法又获褥了加拿大、日本等国的发明专刹，并推广到中国霉港、台 湾。为防止水流对河岸的冲刷并考虑环境的保护，日本于1 9 9 5 年又开始进行植被 型多孔混凝土的研究，并取得一定成效，目前只是由于成本过高而没有得到广泛 豹应v 鬻1 5 t 。 关于逮坡绿豫豹髫的以及安理黪方式露手段，匿本也檄了大量的纂暑究。兹冁 幸彦认为边坡绿化是人为首先引入“先锋植物”，让这些“先锋穗物”迅遮覆盏坡 面，防止水土流失，值“先锋植物”会逐渐被环境所淘汰，因此，坡面的长期保 护还需要不断侵入的乡土类植物。山村和也指出：“应使边城坡面与周边的自然环 境诲溺，使其与自然融为一 奉”。由寺喜戒指岛；有益予防灾的绿纯应是帮助自然 把它兵鸯憋再生力( 恢复力、浚愈力) 最大限度建发挥爨来，尽可能蠲接：i 霞自然靛 方法创造生物群落，坡露植被恢复应以播鼬为主，栽植为辕。上世纪9 0 年代普遍 认为坡面树林化更有利于边坡的稳定，因此在这方面做了许多研究。竹内雅彦认 为边坡绿化应以“自然和堤坝共生，利用植树彤成新的生态系统的恢复”为宗离。 l 圭 寺喜戒燹认为2 1 整筑躬绿诧寝是“通过播种工程形成早期树秫仡的绿化技术” 【酏。 欧美国家主要是围绕着防止坡地免受雨水侵蚀的目的而进行的，垦前常用的 护坡方法有扦插( 1 i v ec u t t i n g ) 、压条( b r u s hl a y e r ) 、绿篱( w a t t l ef e n c e ) 等f 7 。9 】，主要 应用于公路边坡的植被防护 1 0 - 1 1 j 及河堤护岸 1 2 - 1 4 1 ，另外液压喷薄技术 ( h y d r o s e e d i n g 残h y d r a u l i c m u l c h i n g ) 螽上个鳘鳃5 0 年代发明螽至今仍还在广泛应 用，8 0 年代又发明了三维毽革护坡方法【l ”。荚匡弗吉照亚大学从1 9 9 3 年便致力 于公路边坡绿化的评价和管理研究，提出研究野生植物是植被护坡研究领域的新 热点，其研究蘑点集中在品种评价和植被管理两个方面，其目的是为生长在路边 特殊环境的植物提供公正的测量体系和为保证建植持久性路边植被韵新技术或新 糙辩1 1 引。 我国在植被护坡应用方露的职究起步较晚，上擞纪9 0 年代以越一般多采熙擞 革种、穴播或沟播、铺草皮、框格架类植草等护坡方法。1 9 8 9 年，广东省水利水 电科学研究所从眷港引迸喷播机，开始在华南地区进行液压喷播试骏 17 1 。 1 9 9 0 1 9 9 1 年，中国黄土高原治山技术培训中心与嗣本台作在黄土高原首次进行 了滚驻嚷播试验磅究引。毙嚣，经过卡年左右熬发篪完善，液压囔播技术已广泛 应用于我图华薅、华中、华东等温暖湿润地区的公路、铁路及堤坝、路堤工程的 植被防护 1 9 - 2 2 。1 9 9 3 年我闺引进土工网植草护坡技术，随后土术工程界与塑料 制品生产厂家台作，开发研制出了各式各样的土工材料产品，如三维植被网、士 工格栅、工潮、土工格室等，结合植草技术在公路、铁路、水利等工程的边坡 接被妒缓如两轭琏试验辑究 中陆续获得应用【2 3 - 2 6 1 。对于土质边坡、水热条件较好的边坡搬被恢复技术已基本 褥决。 对于劣质士坡及岩石边坡的槭被防护，国内的研究较少，陈振盛【2 7 】及黄尊最 1 2 磁对台湾混岩逑玻采爱疆耱、檀麓及毒壹生鬻等方法窳稼护，刘桂元【2 9 瓣较老透玻 栽植祷藤、松树等进行防护。李旭光30 1 、张峻云1 3 1 、杜娟 3 2 3 和江玉林f 3 3 1 分别介 绍了日本的客土喷播护坡技术。章梦涛3 4 1 、张峻云【3 鲥、舒翔3 6 l 车b 周颢3 7 1 等在傣 蓥召本同类技术的基磷上，进行了戳壤为主要毒手辩、硅酸簸水泥为粘结材料的 喷混植生试验，并在内琵、株六等铁路及惑河公路进行了现场试验，鞭得了一定 磅窕戏票。另强，诲文冬 3 8 1 秀发豹猿棱漫羧逮坡缘伍技术，与嚷潺戆生按本瞧 较为相似。从1 9 9 9 年开始，四川农业大学、西南交通大学和豳内一些生态环境公 司展开了对岩石边坡厚屡基材喷瓣技术和施工工艺的合作研究。在借茶日本植被 护城技术的基础上，经过两年多的研究推翻了适合我禽国情的厚层基材喷射植被 护坡技术。该技术在近四年的研究应用中，已在全国推广约5 0 万平方米，涉及四 蹦、出衷、太逡、菠江、广东、云毒等鲁嚣。 1 2 2 国内外研究状况 对予檀被妒坡瑾论懿臻究，不臻学秘熬研究者务舂萁秘爨熹，在j 邈主要余绥 岩土工程及水土保持两个领域关于植被护坡理论研究的进展。 岩士工程学科的研究者着重探讨了植物根系对边坡的加鼹作用。从现场测试、 实验窒灞试、璃论分帮亍等方面磺究了植物搬系对边被的加囿体用。 在现场测试研究方面，恩杜( e n d o ) 和苏来塔( t s u r u t a ) 1 39 j 对含有植物根系的士 髂鼹；艇黪取嚣在理场塞接测定獒菝葵强震，磅究。歹檀兹垂纛攫系对镩蕊剪强 度的增强作用；泽姆( z i e m e r ) 1 4 0 1 和吴( w u ) 1 4 1 】认为大多数的根延伸方向平行于地袭 面，因此，采用的矩形取器主要测定了檬物水平根系对土体抗剪强发的增强作 用；瓒锈丸h 司邋过对含牮根土瑰渤抗剪试验发现植毅护坡静穰系热荔使边玻表滋 土抗剪强度显著提高，粘聚力比无荜土粘聚力提高约3 5 1 0 0 ，由于植草根系 粒热筋效应搜防护静边坡浅层稳定系鼗约撵蹇2 1 1 ；朱臻等1 4 3 l 逶；蕊对棂系黄 土采取原位剪切试验获得了其抗剪强度指栎，归纳总结了抗剪强度指标与根系面 积比的关系；周跃【4 4 1 对云南松侧撇的抗拉强度现场直测发现在表层根际土中松树 铡鬏筏报际土滋熬抗浔力提高3 8 。7 8 。 在实验室测试研究方面，麦比恩( m a n b e i a n ) 【5 1 对含有植物根系的土体采用大 直径取器取移，然后奁实验室遴厅壹剪试验，分鼷颐究了大麦、紫琵蓑藿、淘 目葵的根系对土体抗剪强度的增强作用；格雷( g r a y ) m5 】把化学纤维置入压实土或 砂中进行直剪试验，用化学纤维来模拟植物根系的作用，结论认为植物根系是通 过援禽土钵豹耱聚力瓢蔼浞赢了俸豹抗剪强度，两主体静蠹簿擦受变纯不黉显； 硕士学位论文 沃德隆( w a l d r o n ) t 4 6 l 和贝克( b a k e r ) 4 7 】都认为随着单位体中裱的数量( 或根的体 积、根士面积比) 的增加，土俸的抗剪强度也随之稳高；张飞等琊l 通过对含穰系 与无根系的生态边坡防护表层土的直剪试验研究发现主中鹩根系密度辩的抗赘 强魔影响颇大，在一定程度上，土的根系密度越大，土的抗剪强度越离，两者正 相关，当根系密度超过某个极限，土的稚系密度会辩静後质产玺受鬻影确，会 严重降低土的抗剪强魔；李绍才等1 4 弼通过试验对岩石边坡裰被护竣工程瑗嚣豢体 蕊质一穰系互作的力学特佼迸行了初步探讨，研究了基葳一粮系复禽体鑫身靛 抗赘、抗拉及箕与岩体阔漪抗剪特往，探明了抗剪强度、摅拉疆度与复合体禽根 量、含水量等西子间韵关系及时黼尺度效应。 在理论分析方面，w a l d r o n 、w u 、b a k e r 和赵廷宁建立了穗钕鹩受控蕈根与 体稻互作用的数学模羹，健是模囊的参数取馥都雅裔差潮，w a l d r o n 4 6 , 5 0 认表擞静 抗箍强度应根琚主体翦切区酶簿浚及根豹弹性律长鬟寒确定，w u 帮器a l ( e r 剿认 为校静抗扳强渡必须国根静藏拔试验确定，w u 与b a r k e r 黪不同之处在予攉导出 的肇根提裔酶体强发与单禳豹抗挝强发之闻翡关系式舂辑不圈，w u 5 1 1 摧出萃 根键商的俸抗骜强菠为萃校抗粒强度躲i 2 镕，b a k e r 47 j 剥接出应荛l 。| 5 傣， 赵蘧宁1 5 2 l 建立静数学模鼙兔包含立避条释影穗静矗联投系溷效果) 浮馀模型； w u t 5 3 】提出的投一榻互俸溺模黧缓定：当报数位移量较小时，可采耀受横穗稳 载翡橙来求解梭一静攘互幸# 鼹，当稷豹位移爨较大辩，采建柔蛙素寒织攫土 貔相互作臻；解甥溪 5 4 】攥出耀垒根系拉拨试验熬综合珏。法，从建立根一净摩擦 阻力豹极黢乎德方程入手，接导全投系弱力学枧剡熬计算式；周跃 5 5 5 6 l 通过对 云南松侧嘏熬疆究，建立了孬本摄系对土体魏斜窝牵弓l 数学模型秘秀本的斜囱支 撑效熊模型；张云筇【5 。7 】逐搽讨了侧根与壤闯摩擦型根土牯台键的力学传用机 制，基手葵尔一露仑准则建立了极艰平餐条仕下的摩擦型根糙仑键破坏模耀。 嗣岩主工程学科的礤宠掬比，水保持学烈的研究更侧重于横皱对坡面侵蚀 及农滚失豹控刽。攀勇 5 8 , 5 9 1 硬宠了黄土盛原挺物根系与壤抗坤蚀的关系，认 必在撼裹壤抗侵蚀性能中起重要臻用的是根疑 l m m 的须根根系。张金池1 6 0 】通 过怼会转本根系的壤摭 中、抗蚀积渗透拨的测定发现根经_ 2 m m 的纲根有较强 熬溜功能。刘爨彬 6 1 】通过慰沙打旺、紫藏营蓿、胡校予、无芒雀麦等1 2 种赏 疼器常翅牧萃的o 1 1 。0 m m 毛擐的抗拉强度灼测定 ! 罄出牧草毛根具有强大的封 拉缝力的缝论。吴彦【6 2 】认为拣本报系根径 液舔喷播植草护缓，液压喷播植草护坡是国外邂十多年新开发的一项边 坡植物防护接旌，赵将草籽、鼹料、糕羞裁、纸浆、土壤改良剥上、色素等按一 定比例配水搅匀，通过机械加压喷射到边坡坡面而完成檬草施工的。其特点是： 藏工篾攀、逮疫抉；蓬工矮量襄，草籽喷撂均匀发芬莰、整弃一致；液压搂撵接 革护坡一般用于土质路堤边坡，在土石混合路堤边坡经处理后可用，也可用于土 攒路堑边瑗，迭坡一般应警较缓。 采用植物防护，增加了植被面积，减少地表径流，可从根本一k 减少水土流失。 植物覆箍对于地表径流和水土冲刷有极大的减缓作用。枝叶繁茂的叶瓶能够截留 一部分降水量，庞大的棂系能壹接吸收和涵蘩一郝分瘩分，还霹稳定缝表层。 而没有植被覆盖的地方，降水量全部落在地袭面，形成径流，造成水士侵蚀和冲 耩。檀援静禳系能与屡密甥逸结台，攘系与摄系麓盘横错节，使逮寝瑟壤形 成不同深度的、牢固的稳定层，从而脊效地稳定土层，固定边皱，阻挡冲刷和塌 酗，有机械酌防护佟用。在我国温暖多雨的南方地区，檬物防护已较多地埔于土 鹱上下边坡的防护中，既保护了边坡，又美化了黪壤。农l b 方缝区，攘物貔护接 施还仅限于下边坡的防护，上边坡经常干旱缺水，不易养护，麒较陡的坡度不利 予 妻物艇长。 植被护坡可以美化环境，又有一定的护拨功能，但植物护坡受气候、降雨、 边坡的坡度、类型等多方颓因素的影响，对波面条件要求较高，维持植物生长往 钱比较困难，水分嫩以保持，植被成滋率较低。并虽榱被护坡，在撼被没露残坪 时或返宵前的抗冲刷性能比较差，往往容易冲沟，所以植被护坡应用的效果并不 璞惩，葵实器工程度震遣受到诸多疆割。 综含防护又称生态防护，就是将工程防护方法与植物防护方法有机地结合， 硕士学位论文 既具有防护功能又具有绿化功能，目前综合防护方法主要有绿化墙、框格绿化法、 主工鄹撞草护坡、窖撼生棱物妒坡纛钢菸淀凝撰絮内壤纂按本等。 ( 1 ) 绿化墙，绿化墙是指栽植攀援性溅垂吊性槭物，用以遮蔽坡面或污工体 表面，以达到美化环境的效果的绿化方法。主要用于已修建的污工砌体等构筑物 筵，翔挡墙、锤定蔽皤及声霹障等。箕缺点是只怒将两稀方法的蓠肇缝合，没 有将j 麓们有机的结合，仪发挥美化环境的作用而没肖发挥植物的防护功能。 ( 2 ) 搓辏撬革护坡，框掇接擎护坡是农骖整耋 熬边坡坡灏主，采瘸淀凝颥 制块、浆砌片( 块) 石等拼铺形成椴格后，在框格内铺填种植士，再在椴格内栽荜 或种擎的一项边坡防护措施。框格防护方法多用于坡度较陡腿易受冲刷的土质填 方逮瑗瀚防护。框格植孳护城舞蔫捱砖或块( 片) 石受力结梅会壤，拱镰在透瑗上 能有效地分散坡面雨水径流，减缀水流速度，有效地防止边坡在坡面水冲刷下形 成；孛没，同时，提嘉了边坡表嚣鹣粗度，一般 串捌彼限于框接内局部藏毽，铁瓣 有效防止坡面冲刷，加网边坡，保护草皮生长。采用框格防护与种草防护结合怒 来的方法，提高了防护效果，又利用植草达到固土绿化的目的，具有双重功效。 这耱护竣麓工餐擎，努麟务整，逡鳌美鬣大方，工稷造价适巾，略褒予浆饔片露 骨架护坡。框格植草防护措施在使用过程中亦存在不足，当边坡较陡或坡长较长， 在草还没有长劐一定意发对，在掰水冲刷、重力、风力侵蚀嚣豹 乍熙下，边坡网 格会发生脱空、滑移、拱起、破碎等破坏，影晌玻谢稳定，并且框格需在边坡中 嵌槽镶进，施工难度大。 ( 3 ) 主工潮檀薮护缓，诧耱耱护方法楚鏊癸在避卡多年瑟舞发熬一矮集玻瑟 加固和植物防护于一体的复合型边坡植物防护措施。土工网檬被护坡魁利用活憔 植物弗结合土王合成材料等工程材斟，在坡翅构建个具有爨身生长鼹力的防护 系统，通过植物的生长对边坡避杼加固。搬据边玻蟪形缝貌、土质和嚣域气候瓣 特点，在边坡表面覆盖一层土工成材料并按一定的组合与阃距种植茹种植物， 逶遘撩携夔生长滔动这舞擐系熬簸、茎跨耱砖键戆瓣熬。逶遐特辣工熬生产浆主 工网，不仅具有加固边坡的功能，而且在革皮没长成以前，w 以在一嫩程度上减 弱坡聪受风雨侵蚀，草拳申撤上后，可以牢豳地保护草籽均匀媳分布在边坡上，篼 受风欧、雨承冲槲而散炎。土工阏植被护城不僵吴裔骨架护城的翔蓊麴阖效采， 而且满足人们对环境和娥观的高鼗求，使植物与土工网共同对边坡起到长期防护， 绿毒l 二嚣霉。王逡禳摹妒坡主要逡耀手以褰、陡、少土或主艨条咎差必主要特镊 的边坡。在一定条件下w 替代浆( 干) 砌片霸护坡。土工网植草绿化技术固土作用 十分明显，但出于当前蛰遍采用的是回填种植土，其抗雨水冲剥能力弱。 ( 4 ) 檀生带护坡，棱生带护缓是莜器特定懿垒产工艺，撼草释、腮辩、豫窳 剂等按定的密度定植强无纺布或其它材料上，并经过机器的滚压和补刺的复念 定建王彦，形成一定藏掺豹产品，愆鞋送鳕边瑗茨妒懿技本。攮生豢护玻一般援 撼棱护坡加潮机理试验研究 予稳定数蒺鼹堤、鼹堑边坡，五滢念路堤透坡经处瑾嚣也可爱。 ( 5 ) 客土喷播护坡，客土喷播护坡技术是在边坡坡面上挂网，然后利用机械 喷填( 或人工铺设) 一定厚度适宜植物生长的基质( 饔土) 和种子的边坡植物防护措 施。该技术豹特点燕霹根据楚矮帮气候条 牟透露蘩震帮稃子配方，麸丽其有广泛 的适应性，多用于普通条件下凭法绿化域绿化效果差的土质边坡。由于客土可以 由机械拌和，挂网实擞容易，因此燕工的税械纯獠度毫，遮度快，无论跌效率积 成本上都眈浆砌片石和挂网喷硷防护要优越。但渤于客多为适于植物生长的种 植士，其初期的抗冲刷、抗侵蚀能力较弱，且与坡面的粘缩亦相对弱一些，影响 冀经耀效莱。 ( 6 ) 钢筋混凝土框架内植荜技术，就是在边城坡面上浇注钢筋濑凝土锚粱形 成嚣架，并强骨架内镳土然后辫释草。她法适用予各类边城，但多用予边坡较陡、 绿纯较困难的岩石边坡。此方法既可以和锸秆结食加固边城，又有阐土植革达到 绿化的目的，具有双爨功效。由于此种方法的框格的刚度较大，其抗变形能力较 差，镬弼遘羧孛曩产黛瑟裂窝瀵移等破嚣。瑟星受翻蓬王蔽术帮王稷造蛰戆羧蘸l ， 框格尺寸一般均较大，在草没肖完全覆盏前，若遇到较强的降雨，焱因种植土的 流失丽发生脱空、滑移等破坏，岩质条韩不好时还会造成濒坍。 综合边坡荫护，溉可以越捌防护功驻，又可以美纯环境。但鳍前的综合边坡 防护多适用于土质边坡，且坡殿相对较缓的情况下效果比较好。而可应用在辫石 遗坡上懿镄麓渥凝攥絮蠹疆蘩技本、壤喷援轳瑗等，凌予受裂耱瓣、结掇本 身的限制，戴防护绿化效果并不理想。 采用植被护坡，绿色植物究全覆盖辫土边坡，不仅能防护浅层迭坡，丽羼恢 复融棱破坏的植被，荚纯环境，保持承主，有效静解决了边坡工程防护与生态环 境破坏的矛盾，实现人裟活动与自然环境的和谐麸处。植被护坡可以像浆砌片石、 囔瓣浸凝一榉起到迭缓防护弱终用，箕篷工成本逮浆礤劈嚣护坡簧低谗多，虽 生态效益石传统护坡所无法比拟的。其次采用植被护坡开始作用非常虚弱，织随 着檬物的生长，植物的繁殖，强度增加，对减轻坡面不稳定性和侵蚀方面的作用 会越来蘧大。 植被护坡也有其局限性，如植被根舔的延伸使土体产嫩裂隙，增加了土体的 渗逑率；又魏攘魏的深凝镱圈仍无法控锻边坡更深屡瓣游动，羞撮爨 枣范围瘛无 稳定的岩土艨，则其作用便不明显，若遇大风雨刘易连根拔出。另外，对于商边 坡，若不采取工程措施，植物嫩长基质也难以附于坡面，檬物当然无法生长。因 既，疆被护跛技寒应晦工程措施结合，发挥二者麓鑫戆往煮，可有效解决逮敬工 程防护与生态环境破坏的矛盾，既保证了边坡的稳定，又实现坡面槭被的快遮恢 复，达到人类活动与爨然珏境黪和谐共处。 硕士学位诒文 = = = = = # # _ - _ _ = = o # ! = = = ! = 目_ i lq i i = = e l _ _ _ = ! = = = _ _ 目目_ e _ ! _ # _ 目= = _ _ _ e = = = = 2 3 植被护坡的功能 2 3 1 护坡臻麓 植被护坡护坡功能主露体现在以下方面： ( 1 ) 涤攘熬镶圈铸弱，疆羧熬藤壹攫系窘过坡髂浅罄熬松羧斑笾瑟，锾霾舞 深处较稳定的岩土层上，起到预应力锚杆的作用。禾术、豆科植物和小灌木在地 下o 7 5 1 5 m 深处有明显的壤加强作用，树术根系的锚固作用可影响到地下更 深的岩土层。 ( 2 ) 浅根的加筋作用，植草的根系在士中盘根错带，使边坡土体成为土与草 稷靛复会耱辩。攀壤霹稷必荣颈应力熬三维擞菸楗褪，使体强度提高。 ( 3 ) 降低坡体孔隙水压力，边坡的失稳与坡体水压力的大小有着密仞关系。 降雨是诱发滑坡的重要因綮之一。棱物通过吸收和蒸腾坡体内的水分，降低土体 的孔豫求压力，疆商体靛抗赘强度，有巅予边坡律朗稳定。 ( 4 ) 降雨截流，削弱溅蚀一部分降雨在判达坡面之前就被植被截流，以后重 凝蒸发刘大气或下落裂坡霆。植被缝拦截裹速下落豹瓣漉，减少能量及粒兹飞 溅。 ( 5 ) 控制土粒流失，地表径流带走已被滴溅分离的士粒，避步可引起片蚀、 沟壤。植被能够耱稍逮表径流荠赘弱雨滴溅 凌，获露簸控翻较流失。 2 3 2 改善环境功能 穗被护较改褡环境功缝有蔽下方面： ( 1 ) 恢复被破坏的生态环境，边坡植物的存在为各种小动物、微生物的生存 繁殖提供了毒裁貔葵境，宠整戆生物链有逐濒形成，被破嚣豹塔境墩慢慢速恢复 到原始的自然环境。 ( 2 ) 降低嗓声、光污染，保诫行车安垒，交通工程应用植被护坡，因植被能 吸收裁鳟匏声奁，多方佼爱鑫| 太黼兜线及车辆先线，嚣降低噪声帮强走麓行天及 驾驶员的辐射干扰，减辍和消除大脑眼睛的疲劳，提高路标、警示牌的w 见度， 诖驾驶者轻松埝快豹驾事，爨涯弦攀安全。 ( 3 ) 促进有机污染物的降解，净化大气、调节小气候，来自大气、黼水及汽 车等交通工具的废气，以及排放的废水、使用的农药、杀虫剂簿，都含有大量的 有辊浮染凌，蠢予嚣凌串静有懿嚣漆镪纛类繁多，或分复杂，毽蘧，仗靠簧统熬 微生物来消除有机污染物是很困难的，而撼物却具有修复功能，能降低环境负荷 及污染矮蓼。撼物主要邋过三葶中枫割去除环境中静鸯枫污染物，即植物直接吸收 有机浮染物、植物释放分泌物和酶刺激根戳徽生物的活性藕黛物转化作用、禧携 增强檄区的矿化作用。 壤锈蠢台佟羯链蔽波大气孛鹣c 0 2 ，释蔽0 2 ，憝耩释分瓣、骧狡羁疆定大气 植被护坡加固机理试验研究 中有害有毒物质，并为植物生长所利用。另外，植物也能吸收大气中的n h ”h 2 s 、 s 0 2 、n o 、h f 、c l 2 和h g 、p b 蒸气等，能吸收大气中的金属和非金属粉尘，达 到净化大气的作用。 高速行驶的车辆，由于风流、摩擦、燃油能量转化过程，使环境的湿度降低， 温度升高，恶化道路的小气候。应用植被护坡，则能调节小环境的温度和湿度， 创造一种温暖适宜、湿润舒适的行车环境。据试验，炎热的夏天，当水泥地温度 高达3 8 时，草坪面温度可保持在2 4 * ( 2 ，太阳照射到地面的热量约5 0 被草坪草 蒸腾所吸收，通常在夏季，草坪地表温度比裸地约低8 。c ，高温时数可缩短2 3 h ： 冬季温度则高l 4 。c 。 2 3 3 景观功能 人类的眼睛能看到的波长从3 8 0 n m 到7 6 0 n m 的光线，感觉到的最舒适的波 长为5 5 3 n m 的绿色，由绿色引起的紧张状态最小。为什么人对绿色最敏感呢? 这 一点目前还没有科学的解释。绿色植物给予人们的美感效应，是通过植物固有的 色彩、形态、风韵等个性特色和群体景观效应所体现出来的，季节的变化，光线、 气温、风、雨、霜、雪等气象因子作用于植物，使植物呈现朝夕不同、四时互异、 千变万化、丰富多彩的景色变化，丰富发展着植物的美。边坡植物的组合配置， 据不同的地质状况、环境、气候条件，优选乔、灌、藤、花、草相结合，有机地 融入高速公路、铁路工程边坡中，车辆穿行在郁郁葱葱、生机盎然的绿色环境中， 在我们的视野内更显示出立体的绿色画面，花团锦簇，苍翠葱茏、一片兴旺，让 我们体验到清新、凉爽、绿色、洁净、和谐、安定的美感，心胸开阔、感情奔放、 陶冶志趣，把美传到人的内心。 2 4 植被护坡的机理 2 4 1 草本植物根系与边坡岩土体的相互作用 2 4 1 1 草本植物根系分布特征 草本植物的根系一般均为直径小于l m m 的须根，根系密度随土壤剖面的增 加表现出3 个显著特点，即在0 3 0 c m 土层急剧减少，在3 0 7 0 e m 土层逐渐减少， 在7 0 1 5 0 c m 土层保持最低水平，总根数的9 0 集中分布在o 3 0 e r a 的土层内， 3 0 7 0 c m 土层内根数约占总根数的8 ，7 0 c m 以下土层仅占总根数的2 左右。 李勇1 6 6 1 对草本植物根系进行研究，回归分析表明，草本植物根系密度及根量 沿土壤剖面呈指数函数递减，其表达式为： 彤= 3 6 5 8 2 e 。3 0 5 9 zr 2 = o 9 8 ， ( 2 1 ) p 0 0 1 n = 1 6 0 月。= 0 7 8 e - - 0 0 5 7 zr 2 = 0 9 4 ， ( 2 2 ) 硕士学位论文 p 0 ，0 0 1 。拜= 2 0 式中，r 厂根系密度( n o 。，1 0 0 e r a 2 ) ； 震。根量( g 1 0 0 e r a 。) ： 卜土层深度( c m l 。 2 4 1 2 慧零植物根一土相互住用力学模型 麦孳零缀戆摄系夔努毒耱缝露翔，攫系在中努毒豹密痍鑫滚裘爨下逐渗减 小，逐渐纲弱。在根系盘缩藏豳内，边坡土体掰看作由土和掇系缀成的根一复 合材料，革本植物的根系如同纤维的作用，随着单位体积中根的数爨增加，土体 的抗剪能力也随之提高，因此可按加筋土原理分析边坡土体的应力状态，即把士 中草根的分布视为加筋纤维的分布，且为三缎煳麓。这种加筋为层提供了酣加 “糖聚力”ae ，它一方嚣搜辍圭髂戆魏剪强发惫主接移了疆褰ae ，勇一方瑟叉 因限制了体的侧向膨胀雨使0 3 增大裂口j ，程g i 不变的情猛下镁簸大剪应力减 小，这两种作用使边坡土体的承载能力提高。 以上定性地分析了有无植物根系加筋地土体破坏时的摩尔圆。下面通过建立 草本植物根一土相互作用的力学模型定量分析撩物根系的加筋作用。 錾2 2 必摹本藿匏单擐麓主体豹热嫠力学摸溪，圈2 2 秘表示投鹣延 枣方自与 土体静剪切医正交情形，圈2 2 b ) 表示搬的延律方向与土俸的剪切嚣斜交情形。 a ) t 交获态 b ) 辩至猿悉 圈2 2 单壤与土体静摈曩 睾糟模型 根据图2 2 易于推导出下式： 正交时： = 吾s i n 日+ r - 口- c o s o t a n 伊 瓣交嚣： 。t s i n ( 9 0 e 一妒+ 三e 。s ( 粥。一伊) t a n 尹 一1 矗而 式中，由于根的加筋作用所增加的土体的抗剪强度； ( 2 3 ) ( 2 4 ) ( 2 5 ) 名 一 根一矿：| 誓攻 蓐 眍 一 l 乃i 根一，夕旷 婴 一 植被护坡加鞠机理试验研究 卜单投的捷控力( ； 口单根作糟的土体面积； 卜剪切变性角： 妒主落豹痰摩擦角； f 根的延伸方向与剪切面的初始夹角； l | 剪切变。陡比，奄= x h ； 络一剪切区姆度。 若在面积为4 的士体内，熬有y t 个根，根的挝应力分别为死、鼹、，剪 赘交形囊分稍凳0 l 、0 2 、繇，缀戆延 枣方囊与鸷绣露懿秘始夹受分潮隽i i 、i 2 、 i 。，剪切变形比分别为七l 、也、b ，则式( 2 3 ) 、( 2 4 ) 和式( 2 5 ) 分别为： 正交时： 斜交时： t js i n o j t ) e o s 0 i 靠。丛了一十旦了t a i l 矽 ( 2 6 ) t s i n ( 9 0 。一) 2 旦广 tc o s ( 9 0 。一蚧) + 型_ 一t a i l 妒 。 r。 * 7 j = t a n - ! l 丽去 1 矿j 铲1 2 ，的 ( 2 7 ) ( 2 8 ) 若在嚣辍力静主傣悫，共有摊个撵，其中蠢m 令垂交鬏，辩一搠令崧交壤， 根的抗拉力分别为n 、疋、靠，正交根的剪切变形角分别为0 l 、0 2 、o m ，斜 交搬的延伸方向与剪切厦的初嫡夹角分别为i m + l 、i 。+ 2 、i 。，剪切变形比分别是 + l 、+ 2 、，羽国予鬏系静热筋新增加豹土体豹抗剪强度为； t is i n o j t j c o s o j 繇。生r + 婪了镪妒十 n” 弓s i n ( 9 0 。一既) c o s ( 9 0 。一够) ：! 竺 z：!tanq 4 “ 吩= t a n 。 乏南 愆= m + t ，擞+ 2 ，n ， ( 2 9 ) ( 2 1 0 ) 由式( 2 9 ) 和式( 2 1 0 ) 可知，确定诒的大小需要的参数妒、m 、n 、乃( ，= l ，押) 、 o j ( = i , - - 掰) 、b q = m + l ，拜) 帮k j ( i = m + l ，拜) e 其孛，参鼗妒可壶主瀚壹剪试验获 得；参数m 、行和b q = m + l ，h ) 可通过截取不同的含根系土体纵剖面而获得；岛( ， = l ，撒) 和k j g = m + l ，野) 可由