（环境工程专业论文）生态边坡客土稳定性研究.pdf

生态边坡客土稳定性研究 生态边坡客土稳定性研究 摘要 人类活动的强度和广度已经发展到有可能对全球环境和生态系统产生不可 忽略的影响和作用的程度。其中，人类对各种资源的开采行为以及在进行工程建 设时对岩土的开挖堆填行为，导致产生了大量的裸露高陡岩质边坡，导致原有的 环境和生态系统严重失衡。因此，人类在对地域环境或国土环境扰动的同时，努 力恢复原有的生态环境是极其重要的在此情况下，以客士喷播、厚层基材喷射 等为代表的绿化裸露高陡岩质边坡的生态边坡工程技术应运而生。显然，由于雨 水冲刷、渗流，重力、地震等因素的影响，被喷播到边坡坡面上的客土存在力学 稳定性问题因此，为了明确已建客土的安全储备情况，或为了根据给定的设计 稳定安全系数设计客土的稳定厚度，建立客土稳定的设计法是当务之急。 本文讨论生态边坡工程中客土的力学稳定性问题。首先设计了无渗流情况下 和平行于坡面表面渗流情况下的客土稳定性实验，通过实验得出客土的破坏模式 均为一条沿金属网上表面的平行于原边坡坡面的直线滑动面。基于该破坏模式， 采用无限坡模型对有地震，平行于坡面渗流作用下和有地震，平行于水平面渗流 作用下的客土进行稳定性分析，分别推导出两种情况下客土稳定厚度的通式。通 过讨论通式中的参数，给出了有地震，平行于坡面渗流作用下和有地震，平行于 水平面渗流作用下的各种情况下的客土稳定设计图表。利用无渗流情况下和平行 于坡面表面渗流情况下的客土稳定性实验的结果，验证了两种情况下客土稳定设 计图表的有效性。通过有无渗流等各种情况下客土稳定性计算结果与实验结果的 比较，可发现客土稳定性由高到低依次为：无渗流 部分渗流 平行于坡面的表面 渗流 平行于水平面的表面渗流因此，在生态边坡工程的设计施工过程中应设 计好坡顶的排水措施和客土与坡体间的隔排水构造措施，在生态边坡工程的水分 养护过程中应尽量减少浇灌水下渗，以尽量避免客土中渗流的发生最后。简单 说明了客土稳定设计图表在设计问题( 根据给定的设计稳定安全系数e 设计客土 的稳定厚度) 和评价稳定性问题( 根据已施工的客土等的参数，计算客土的稳定 安全系数e ) 中的应用，并通过实例进行了举例说明客土稳定设计图表可以方 生态边坡客土稳定性研究 便快捷地解决生态边坡客土的设计问题或评价客土的稳定性问题，具有较高的工 程实用价值。 关键词：生态边坡；客土；稳定性分析；无限坡模型；客土稳定设计图表 t 4 + ，- - v ，- _ 一_ 生态边坡客土稳定性研究 s t u d yo ns t a b iii t yo fb o r r o w e ds o i li ne c o i o g i c a is i o p e e n g i n e e r i n g a b s t r a c t s t r e n g t ha n ds c o p eo fh u m a na c t i v i t i e s i n f l u e n c eo l lg l o b a le n v i r o n m e n ta n d e c o s y s t e m i sn ol o n g e rn e g l i g i b l en o w a d a y s m a n e x p l o i t sm a n y n a t u r a lr e s o u r c e s h e a l s oe x c a v a t e sa n db a c k f i l l sr o c ka n ds o i li nt h ep r o c e s so fe n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o n t h eo r i g i n a le n v i r o n m e n ta n de c o s y s t e ma r ed i s t u r b e do re v e ns e r i o u s l yu n b a l a n c e d a n dm a n yb a r es t e e pr o c ks l o p e sa r ep r o d u c e db ys u c ha c t i v i t i e s h e n c e , w h i l em a n d i s t u r b st h ee n v i r o n m li ti si m p o r t a n tt or e s t o r ei tt oi t so r i g i n a ls t a t e 。s ot h a t e c o l o g i c a ls l o p ee n g i n e e r i n gt e c h n i q u e s , s u c h a sb o r r o w e ds o i l s p r a y i n g ， h y d r o s e e d i n g ，e e lw h i c hc a ng r e e nb a r es t e e p r o c ks l o p ea r ce x p l o i t e di nt h i s s i t u a t i o n o b v i o u s l y , b o r r o w e ds o i ls p r a y e do ns l o p es u r f a c et e n d st os l i d e o rc o l l a p s e u n d e ra c t i o n so fr a i n w a s h s e e p a g e , g r a v i t a t i o n a lf o r c e , e a r t h q u a i 【e , 鼬c t h e r e f o r e , i t i su r g e n t l yn e e d e dt oe s t a b l i s has t a b i l i 哆d e s i g nm e t h o df o rt h es o i lt oe s t i m a t et h e e m e r g e n c yc a p a c i t yo ft h es o i li nc o n s t r u c t e de c o l o g i c a ls l o p ee n g i n e e r i n g ，0 1 d e s i g n t h es t a b i l i t yt h i c k n e s so ft h es o i lw i lag i v e nd e s i g ns a f e t yf a c t o r i nt h i sp a p e r , as t u d yi su n d e r t a k e no l lm e c h a n i c a ls t a b i l i t yo fb o r r o w e ds o i li n e c o l o g i c a ls l o p ee n g i n e e r i n g s t a b i l i t yt e s t so fb o r r o w e ds o i lw i t h o u ts e e p a g ea n d w i t h p a r a l l e l - t o - s l o p es u r f a c es e e p a g ea r ed e s i g n e d i ti sf o u n dt h a tf a i l u r em o d e o ft h es o i l i sat r a n s l a t i o n a ls l i d i n gs u r f a g ep a r a l l e lt ot h eo r i g i n a ls l o p es u r f a c ea l o n gt h eu p p e r s u r f a c eo fw i r en e t si ni n d o o rs i m u l a t i o nt e s t sw i t h o u ts e e p a g ea n dw i t h p a r a l l e l - t o - s l o p es u r f a c es e e p a g e b a s e do nt h ef a i l u r em o d e ，a l li n f i n i t es l o p ec a g ei s a s s u m e da n ds t a b i l i t ya n a l y s i so ft h es o i lw i t he a r t h q u a k ea n dh o r i z o n t a ls e e p a g ea n d w i t he a r t h q u a l 【ea n dp a r a l l e l n s l o p es e e p a g ei sc a r r i e do u t , a n dt h e ng e n e r a l 唧i a t i o n sw i t he a r t h q u a k ea n dh o r i z o n t a ls e e p a g ea n d w i t h e a r t h q u a k ea n d p a r a l l e l - t o - s l o p es e e p a g ea r eg i v e nf o rs t a b i l i t yt h i c k n e s so ft h es o i l s t a b i l i t yc h a r t s f o rt h es o i lw i t he a r t h q u a k ea n dh o r i z o n t a ls e e p a g ea n dw i 血e a r t h q u a k ea n d p a r a l l e l - t o - s l o p es e e p a g e 躺p r o d a c e da f t e rd i s e l l s s i o l lo np a r a m e t e r so ft h ee q u a t i o n w h i c h a 地b a s i c a l l yt h e 锄ea st a y l o r s t a b i l i t yc h a r t si nf o r m t h ec h a r t sp r o v et ob e 生态边坡客土稳定性研究 e f f e c t i v ei ni n d o o rs i m u l a t i o nt e s t sw i t h o u ts e e p a g ea n dw i t hp a r a l l e l - t o - s l o p es u r f a c e s e e p a g e b yc o m p a r i s o nb e t w e e nt h e o r e t i c a l l yc a l c u l a t e dr e s u l t sa n dt e s tr e s u l t si n e a c hc a s e s ，i ti sf o u n dt h a ts e q u e n c eo ft h es o i l ss t a b i l i t yf r o mh i g ht ol o wa x e ：n o s e e p a g e p a r ts e e p a g e p a r a u e l - t o - s l o p es u r f a c es e e p a g e h o r i z o n t a ls u r f a c es e e p a g e t h e r e f o r e , d r a i n a g em e a s u r e so fs l o p ec r e s ta n d 翻n l c 懈m e a s u r e sb e t w e e nt h es o i l a n ds l o p eb o d yi nd e s i g na n dc o n s t r u c t i o no fe c o l o g i c a ls l o p ee n g i n e e r i n gs h o u l db e d e s i g n e d w a t e rs h o u l db ep r e v e n t e df r o ms e e p a g et os l o p eb o d yi nt h ep r o c e s so f w a t e rm a i n t e n a n c eo fe c o l o g i c a ls l o p ee n g i n e e r i n g a l lt h e s em e a s u r e sa r em a d et o p r e v e n tt h es o i lf r o ms e e p a g e w i t ht h ec h a r t s s t a b i l i t yt h i c k n e s so ft h es o i l 伽b e d e s i g n e du s i n gg i v e nd e s i g ns a f e t yf a c t o r , v i c ev f f t s a , s a f e t yf a c t o ro ft h es o i l i n c o n s t r u c t e de c o l o g i c a ls l o p ee n g i n e e r i n gc a l lb ed e d u c e d t h e ns e v e r a le x a m p l e sa r e p r o d u c e d t h ec h a r t s ，ac o n v e n i e n ta n de f f i c i e n tm p 蕴n so fs o l v i n gp r o b l e m si nd e s i g n a n ds t a b i l i t ya s s e s s m e n to fb o r r o w e ds o i li ne c o l o g i c a ls l o p ee n g i n e e r i n g , p r o v et ob e s i g n i f i c a n i l yv a l u a b l ei ne n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n k e y w o r d s ：e c o l o g i c a ls l o p ee n g i n e e r i n g ；b o r r o w e ds o i l ；i n f i n i t es l o p ec a s e ；s t a b i l i t y a n a l y s i s ；s t a b i l i t yc h a r t sf o rb o r r o w e ds o i l i v 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含未获得 ( 鎏i 垫遗直基丝孟要缱型壹明 笪：奎拦卫窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名；互如签字日期；瑚6 年6 月f 牛日 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，有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学 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、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：，王甍) 签字日期：地6 年6 月牛日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：阖露海警局帚由嬲稀兖两 通讯地址：广朋审祈遵唧路砧3 亏 导师签字： 橇彳瓮轰、 签字日期：岫年e 月阡日 电话； 邮编： 生态边坡客土稳定性研究 0 前言 人类活动的强度和广度已经发展到有可能对全球环境和生态系统产生不可 忽略的影响和作用的程度。其中，人类对各种资源的开采行为以及在进行工程 建设时对岩土的开挖堆填行为，导致产生了大量的裸露高陡岩质边坡，导致原 有的环境和生态系统严重失衡。因此，人类在对地域环境或国土环境扰动的同 时，努力恢复原有的生态环境是极其重要的。在此情况下，以客土喷播、液压 喷播等为代表的绿化裸露高陡岩质边坡的生态边坡工程技术应运而生。显然， 由于雨水冲刷、渗流、重力、地震等因素的影响，被喷播到边坡坡面上的客土 存在力学稳定性问题。因此，建立客土稳定的设计法是当务之急。 本文讨论生态边坡工程中客土的力学稳定性问题首先设计了无渗流和平 行于坡面表面渗流情况下的客土稳定性实验，通过实验得出客土的破坏模式。 基于该破坏模式，采用无限坡模型对有地震，平行于坡面渗流作用下和有地 震，平行于水平面渗流作用下的客土进行稳定性分析。推导出两种情况下客土 稳定厚度的通式。通过讨论通式中的参数，给出了有地震，平行于坡面渗流作 用下和有地震，平行于水平面渗流作用下的各种情况下的客土稳定设计图表。 利用无渗流和平行于坡面表面渗流情况下的客土稳定性实验的结果，验证了两 种情况下客土稳定设计图表的有效性最后，简单说明了客土稳定设计图表在 ， 设计问题和评价稳定性问题中的应用，并通过实例进行了举例说明客土稳定 设计图表可以方便快捷地解决生态边坡客土的设计问题或评价客土的稳定性问 题，具有较高的工程实用价值。 回顾已开展的工作，我们进行了开拓性的尝试，并取得了一些初步的认 识论文生态边坡客土稳定性研究已发表于岩石力学与工程学报2 0 0 6 年第2 期。 由于作者水平有限，文中难免有错误与不足，希望周行专家不吝赐教，给 予批评指正 生态边坡客土稳定性研究 1 研究意义、现状及内容 1 1 研究意义 环境污染和生态破坏是人类面临的重大社会问题之一项目开发与环境保 + 一护兼顾是经济可持续发展的重大课题。对于工程建设来说，一合理利用资源，保 护资源，保护环境，是我们必须正视和认真对待的问题。 人类活动的强度和广度已经发展到有可能对全球环境和生态系统产生不可 忽略的影响和作用的程度( 贾永刚，2 0 0 3 ) 其中，人类对矿石、煤炭、石 油、水、建筑材料等资源的开采行为以及在进行铁路、公路、水利、矿山、隧 道、建筑物等工程建设时对岩土的开挖堆填行为，导致产生了大量的裸露高陡 岩质边坡，导致原有的环境和生态系统严重失衡。如诱发性地震，地面沉降， 滑坡、水土流失等生存条件的恶化可以认为是人类工程活动导致的人为灾害。 因此，人类在对地域环境或国土环境扰动的同时，努力恢复原有的生态环境是 极其重要的传统的工程护坡技术。如灰浆或三合土等抹面、喷混凝土、浆砌 片石护坡、锚喷护坡、锚喷网护坡等，在减轻坡面修建初期的不稳定性和侵蚀 方面的效果很好，但随着时间的推移，岩石、混凝土的风化，钢筋的腐蚀，工 程护坡的强度会降低，效果越来越差，而且不利于恢复自然植被，不利于生态 平衡( 张俊云，2 0 0 3 ) 在此情况下，以客土喷播( 张俊云，2 0 0 0 ) 、厚层基 材喷射( 张俊云，2 0 0 3 ) 、植被混凝士( 许文年等，2 0 0 1 ) 、喷混植生( 章恒 江，2 0 0 0 ) 等为代表的绿化裸露高陡岩质边坡的生态边坡工程技术应运而生， 并且在目前的工程建设中得到了越来越广泛地应用 尽管生态边坡工程技术获得了较为广泛地应用，但形成一门学科，还是近 十几年的事，故至今还没有一个统一术语，如英文有b i o t e c h n i q u e 、 b i o e n g i n e e r i n g ，也有称v e g e t a t i o n 或r e v e g e t a t i o n 等( 张俊云，2 0 0 0 ) ，国内 ，也有植物固坡( 王可钧，1 9 9 9 ) 、坡面生态工程( 周跃，1 9 9 9 ) 之称本文对 生态边坡工程定义如下，生态边坡工程是指人类在对岩土进行必要的开挖堆填 后，利用植物工程和土木工程相结合的方法，对遭到破坏的生态平衡系统进行 修复、重建及对遭到破坏的岩土的力学平衡状态进行力学加固，使生态系统和 2 生态边坡客土稳定性研究 岩土的力学状态达到新的平衡的工程。生态边坡工程技术是涉及环境工程、岩 土工程、生态学、植物学、土壤学等多学科于一体的综合工程技术。 目前，国内生态边坡工程主要有客土喷播、厚层基材喷射、植被混凝土、 喷混植生等多种方法。但是无论何种方法，都是采用将预先配置好的人工混合 物，均匀的喷播到边坡坡面的施工方法本文的目的就是，在假定原边坡稳定 的前提下，讨论这种人工混合物在原边坡上的稳定性问题。为了方便起见，将 生态边坡工程中这种均匀喷播到边坡坡面上的人工混合物统称为客土。 生态边坡工程包括；( 1 ) 对经过开挖堆填形成的边坡进行力学稳定的边坡 加固工程；( 2 ) 在短时间内对裸露边坡进行快速植被恢复，。并且使人工植物群 落经过科学的养护管理能在一定时间后达到一个新的群落稳定态，：最终实现人 工植物群落向自然群落演替的植物工程：( 3 ) 对客土进行力学稳定的客士稳定 工程。其中( 1 ) 和( 3 ) 合称为土工工程，或者( 3 ) 称为( 2 ) 植物工程中的 土木工程。也可以将( 1 ) 称为整体稳定性防护措施，( 3 ) 则称为局部稳定性 防护措施。 关于对经过开挖堆填形成的边坡进行力学加固的理论及方法比较成熟。目 前有挡土墙。土钉墙，预应力锚索、混凝土肋梁锚杆，抗滑桩，加筋土( 填方边 坡) 等加固方法及相应的设计理论。 关于客士的局部稳定性防护措施，即客土的稳定方法目前主要有平面网、 三维网以及土工格室与平面网或三维网并用等工艺 ( a ) 绿化施工后的岩质陡边坡( b ) 客土失稳后的情况 图1 1 边坡上的客土失稳实例 3 生态边坡客土稳定性研究 显然，由于雨水冲刷、渗流、重力、地震等因素的影响，被喷播到边坡坡 面上的客土存在力学稳定性问题。客土的稳定性是实现修复或改善生态环境的 基本保证客土一旦发生破坏，不仅导致绿化失败，而且将带来经济上的损失 和可能的人员伤亡，圉1 1 是青岛市鱼山路边坡绿化及失稳破坏的实例。边坡为 一岩质陡边坡。坡度在6 0 。7 0 0 之间。2 0 0 4 年4 月使用铺草皮法进行绿化施工。客 土较薄约为3c m ，如图1 1 ( a ) 所示一个月后的5 月2 4 日，如图1 1 ( b ) 所 示，客土内因雨水发生渗流从而使部分客土沿金属网的上表面发生滑动。因 此，为了明确已建客土的安全储备情况，或为了根据给定的设计稳定安全系数 设计客土的稳定厚度，建立客土稳定的设计法是当务之急 1 2 研究现状 1 2 1 生态边坡技术国内外的发展历程 生态边坡技术最早产生于英国和美国，但大规模开发应用是在日本。英国 人上世9 0 年代初发明了喷射乳化沥青和植物种子喷播技术，1 9 5 8 年该技术传 入日本，经多次试验，开发出了实用的喷射绿化技术沥青乳剂覆盖膜养生 绿化技术。并用于名古屋神户的高速公路边坡绿化工程中6 0 年代初， 日本从美国引进了喷播机和喷射专用纤维，把当时先进的液压喷播技术( 日本 称种子撤布法) 也用在了名古屋神户高速公路边坡绿化工程中。1 9 6 5 年日 本实现了喷射纤维的国产化 1 9 7 3 年，日本开发出纤维土绿化方法( 1 五b e r - s o i lg r e e n i n gm e t h o d ) ，标 志着岩体绿化工程的开始，这也是日本最早开发的厚层基材喷射工法。该方法 采用了纤维、沙质土和水泥，并里台阶形喷射。该方法有较大缺陷，主要是初 期p h 值过高，易侵蚀，喷层保水，保肥性能差。 为克服纤维士绿化方法的缺点，。日本于1 9 8 3 年开发出了高次团粒s f 绿化 方法( s o i lf l o c kg r e e n i n gm e t h o d ) 。方法的主要特征是配方使用了纤维、壤 土和乳化沥青，喷层p h 值呈中性，抗侵蚀性更强 1 9 8 7 年。日本从法国引进连续纤维加筋土方法，随后，把它与已有的绿化 方法结合。开发出了连续纤维绿化方法( t g 绿化方法) 该法使用了连续纤 维和沙质土，喷层具备更高的抗侵蚀性；施工体系由绿化基材供给系统，团粒 剂供给系统、连续纤维供给系统组成，机械化程度高。t g 绿化法1 9 8 8 年开始 生态边坡客土稳定性研究 实用化，已经推广应用多个国家 在上述三种方法的基础上，生态边坡技术在过去的几十年时间里衍生出了 种类繁多的方法系列( 张俊云等，2 0 0 3 ) 。 国内在生态边坡技术应用方面的研究起步较晚，2 0 世纪9 0 年代之前一般多 采用撒草种、穴播或沟播、铺草皮、片石骨架植草等护坡方法1 9 8 9 年，广东 水利水电科学研究所从香港引进液压喷播机开始在华南地区进行液压喷播实验 ( 叶建军等，2 0 0 4 ) 。1 9 9 0 1 9 9 1 年，中国黄土高原治山技术培训中心与日本合 作在黄土高原首次进行了液压喷播实验研究。此后经过十年左右的发展完善， 液压喷播技术已广泛应用于我国不同地区不同工程的边坡防护。1 9 9 3 年我国引 进士工材料植草护坡技术。并开发研制出了各种各样的土工材料产品，如三维 植被网。土工格栅、土工网、土工格室等。结合植筚技术在各种边坡工程中陆 续获得应用。 对于劣质边坡及岩石边坡的植被防护，2 0 0 0 年之前国内的研究还较少，近 几年发展较快，取得了一系列的研究成果。最早介绍客土喷播技术的是去日本 考察的李旭光等( 1 9 9 5 ) ，随后，杜娟( 2 0 0 0 ) ，张俊云( 2 0 0 0 ) 、陈晓斌 ( 2 0 0 2 ) 。刘波( 2 0 0 4 ) 章梦涛( 2 0 0 4 ) 等也分别对客土喷播技术进行了介 绍。章恒江( 2 0 0 0 ) ，张俊云( 2 0 0 1 ) ，舒翔( 2 0 0 1 ) 。周颖( 2 0 0 1 ) 等在借 鉴日本同类技术的基础上。进行了喷混植生实验，取得一些研究成果。三峡大 学的许文年等( 2 0 0 1 ，2 0 0 2 ，2 0 0 3 开发出了植被混凝土边坡绿化技术四川 省励自生态与环境工程技术有限公司李绍才和西南交通大学张俊云等( 2 0 0 l ， 2 0 0 2 ，2 0 0 3 ) 成功开发了厚层基材喷射植被护坡技术( 岩石边坡t b s 植被护坡 绿化技术) ，并在国内获得了广泛的应用。武汉理工大学的张季如、朱瑞赓等 ( 2 0 0 2 ，2 0 0 3 ) 开发了z z i _ s 绿色生态材料。但是，从总体上讲，国内在这个 领域还很薄弱，。主要表现在基础研究和专用机械设备的开发方面 1 2 2 生态边坡技术中客土的配方 生态边坡技术的核心技术之一就是喷射客土的配方，配方应达n 4 个要 求：( 1 植物能快速生长；( 2 ) 耐久性强；，( 3 ) 有较大抗侵蚀能力； ( 4 ) 经济、环保近几十年来，国内外( 尤其是日本) 开发了大量的配方。 考察这些配方。可以归结为客土主要由以下几部分组成：土壤、纤维、有机 5 生态边坡客土稳定性研究 质、粘结剂、肥料、保水剂、植物种子、其他外加剂等( 叶建军等，2 0 0 4 ) 。 下面对客土配方中的各种组分做详细地介绍。 土壤：已开发的技术可用沙土系列、壤土系列、黏土系列( 按土壤学分 类 土要保持干燥粉碎过筛其作用是为植物生长创造基本条件。 纤维。，已开发的有机纤维有暑秸秆纤维纸浆纤维等铽无机短纤维如玻 纤；连续纤维，即不同长度的有机和无机纤维的混合物其作用是增加喷射物 整体性和抗侵蚀性。 有机质：很多有机物用于喷射配方中。如：酒糟、稻壳、锯末、泥炭 土、动物粪便、腐烂的作物秸秆、下水道污泥等。其作用在于增加土壤有机物 含量，改善土壤结构。 粘结剂： 已开发众多系列，如硅酸盐系列、乳化沥青系列、植物或动物 胶、高分子树脂系列。其作用在于增强喷射物的强度和抗侵蚀能力国内目前 一般采用2 2 5 级普通硅酸盐水泥。 肥料。一般用普通化肥和长效肥混合使用，有时也用菌肥。长效肥是为植 物生长提供长期效力的复合肥，一般采用尿素、生物肥、化学复合肥具体配 方依据植物品种和土壤条件。 保水剂：已有的保水剂种类众多：淀粉系列、纤维素系列、合成聚合物系 列、蛋白质系列、其它天然物及其衍生物系列、混合系列。作用在于提高喷射 物的抗旱性能。 植物种子：一般为已经工业化生产的草种和灌木种子具体种子的种类随 各地气候不同而有所不同。 其它外加剂：如团粒剂。消毒剂、酸碱缓冲剂等，一般用于特定需要。 t 。2 3 客土喷播施工工艺流程 目前，国内生态边坡工程技术主要有客土喷播。液压喷播、厚层基材喷 射、植被混凝土、喷混植生等多种施工方法，其施工工艺流程大同小异下文 以青岛市某小区山体挖方边坡( 图i - 2 ( a ) ) 客土喷播为例，对其施工工艺流 。程进行简要介绍 一 。 - ( 1 ，施工准备。 ，。 主要进行截水沟的开挖和客土的准备。临时设施的搭设等。截水沟设置在 生态边坡客土稳定性研究 边坡的顶部并向坡脚处延伸，用以截引周围汇水面汇集的雨水形成的径流，防 止径流对植被的集中冲刷破坏。截水沟的设计应能保证迅速排除汇集的雨水。 如图1 - 2 ( b ) 所示。 ( 2 ) 修整边坡。 清除坡面浮石、松石和浮土，嵌补凹槽和坑洼。清理后的坡面应自然平 顺，坡率基本一致，利于客土与岩面自然紧贴。如图1 乞( c ) 所示。 ( 3 ) 安装铁丝网。 所用铁丝网的规格：丝径为2 0m i n ，孔径5 5m i n x 5 5i n n l ，展开后尺寸为 2 4m x 2 0m 。挂网时沿坡面从坡顶自上往下挂，。并在坡顶预留出0 5m 左右， 用锚杆固定在网与网横向相接的地方用铁丝固定。挂铁丝网作用是增强客土 的稳定性。如图1 - 2 ( d ) 所示。 ( 4 ) 电钻锚孔， 根据岩面结构及其稳定性确定钻孔深度，。一般孔深0 8 1 2m 。直径3 5 m m ，孔距lmx lm ，坡度大的区域加密处理，钻孔方向基本与坡面垂直。如 图1 2 ( e ) 所示。 ( 5 ) 固定锚杆。 锚杆用1 4 号螺纹钢筋制作，主要起固定铁丝网和加固边坡的作用，每根长 0 8 1 2m ，用水泥砂浆灌注穴孔固定，露出坡面部分为6 8 伽。并用铁丝将 铁丝网与锚杆连结固定。如图1 - 2 ( d 所示 ( 6 ) ，喷播客土。 把土壤、有机质、复合肥、纤维、粘和剂、保水剂、植物种子等按一定比 例混合，铲入传输带前的料斗，由传输带送入容积罐，使水与混合物搅拌均 匀，通过高压泵将混合液通过塑料管自上而下喷射在边坡上，喷播厚度1 0c m 左 右。喷射时喷嘴保持喷射方向与坡面成7 5 0 8 0 0 夹角，出料口喷射压力不小于 0 1m p a 。在喷洒过程中，应根据喷出客土的干湿状况及时调整出水量，保证 客土不流不散。如图1 2 ( g ) 所示 ， ( 7 ) 养护管理。 养护管理主要是通过水分、肥料及病虫害防治等的有效管理，使植物处于 良好的生长状态，以尽快达到固坡、绿坡的目的在种子的发芽期要注意浇透 7 生态边坡客土稳定性研究 水，但要慢慢喷洒，以避免水流冲击坡面而形成径流冲走客土。同时避免在强 烈阳光下浇水，以免灼伤幼苗叶片，旱季一般每天浇水l 一2 次。施肥采取少量 多次的原则，根据植物生长状况可适当追加化学肥料，促使植物尽快覆盖坡 面。加强巡视，检查病虫害的发生情况，及时采取预防措施，把病虫害消灭 一、在萌芽状态 一。一 刚刚喷播客土完毕的边坡坡面如图1 2 ( h ) 所示养护管理四个月后坡面 植被长势良好，初步达到了边坡绿化的效果，如图1 - 2 ( i ) 所示。 ( e ) 电钻锚孔 3 ( f ) 固定锚杆 生态边坡客土稳定性研究 ( g ) 喷播客土 ( h ) 刚刚喷播客土完毕的边坡坡面 ( i ) t 养护管理四个月后的边坡坡面 图1 2 客土喷播施工工艺流程 ，2 4 常用的客土稳定工艺 目前在生态边坡工程中常用的客土稳定工艺可以大致分为( 1 ) 平面网； ( 2 ) 三维网；( 3 ) 土工格室与平面网或三维网并用；( 4 ) 利用混凝土肋梁稳 定客土及( 5 在边坡上固定植生袋等工艺。 ( 1 ) 平面网稳定客土工艺( 图1 3 ) ( a ) 塑料平面网( b ) 金属平面网 图l - 3 平面网稳定客土工艺 9 生态边坡客土稳定性研究 预先在边坡上固定平面网，再喷播客土。该工艺适用于土质边坡或风化岩 质的缓边坡。如图1 - 3 ( a ) 所示的塑料平面网，因为塑料的老化，平面网发生 断裂而导致植被建植失败。因此，塑料平面网适用于在其断裂之前植物根系能 够扎根的土质或风化岩质边坡，对于岩质边坡，植物根系无法进入，植物生长 有赖于客士。客士的稳定性则受制于塑料平面网的耐久性经过防锈处理( 如 镀锌) 的金属平面网虽然可以用于岩质边坡，但是与塑料平面网一样，存在的 客土沿平面网表面滑动的危险，因此，不宣用在陡边坡平面网稳定的客土太 薄，。一般在3 锄左右，不易植物生长。 ( 2 ) 三维网稳定客土工艺( 图l _ 4 ) 图l _ 4 三维网稳定客土工艺 三维网稳定客土的施工工艺与平面网一样，先固定三维网后喷播客土三 维网材质一般是塑料，如图1 4 所示，同样存在老化问题。因此，三维网适用 于土质边坡或风化岩质边坡。因为三维网在一定程度上增加了客土的稳定性， 所以可以用于相对陡的边坡，但是，客土厚度不大，不利于植物生长且植物种 类受到一定的限制 ( 3 ) 土工格室与平面网或三维网并用稳定客土工艺( 图i - 5 ) ( 8 混凝土土工格室；塑料平面网( b ) 塑料土工格室；塑料平面网 生态边坡客土稳定性研究 ( c ) 混凝土土工格室；金属平面网 图1 - 5 土工格室与平面网或三维网并用稳定客士工艺 由于支挡结构与边坡坡面垂直，所以，当边坡比较陡时，在植物生长达到 覆盖客土之前，尤其是雨水冲刷时格室内的客土极易滑落，塑料土工格室则存 在使用期限问题。， ( 4 ) 利用混凝土肋梁稳定客工艺( 图1 - 6 ) 图1 - 6 利用混凝土肋梁稳定客工艺 混凝土肋梁组成的格室，一般高度在2 3i l l ，边坡较陡时客土的稳定性较 差。如果在格室内设置一定间隔、高度和角度的混凝土隔板，则客的稳定性 将大幅提高。 ( 5 ) 在边坡上固定植生袋工艺( 图l - 7 ) ( 8 ) 置入客土后植生袋 图l - 7 固定植生袋工艺 l i ( b ) 固定植生袋施工图 生态边坡客土稳定性研究 首先将客土置入植生带，然后用锚杆等将植生带固定于边坡上该工艺适 用于土质边坡或风化岩质的缓边坡。 ( 6 ) 加筋土工艺( 图1 8 ) 图1 8 是加筋土结构物示意图适用于填方边坡可以在进行柔性边坡施 工的同时，通过在砂袋中混入客土的方法进行植物工程，因此，这种生态边坡 工程不需要客土。 图i - 8 加筋土结构物示意图 1 2 5 生态边坡稳定性研究现状 目前，边坡稳定分析的理论与方法主要有三种：一是极限平衡理论，主要 根据土体沿假想滑动面滑动的极限平衡条件进行分析，能够把影响边坡稳定的 所有主要因素纳入计算；二是室内模型试验，在野外勘察、地质调查的基础 上，建立滑动的地质物理模型进行数值分析；三是变形分析，通过有限 元、边界元、半解析元分析及有限元与边界元结合分析的办法进行分析。 在应用上述三种方法进行边坡稳定性分析过程中，会不可避免地涉及冗长 繁琐的计算过程因此，许多学者利用计算机技术等有利条件，探求更为简 捷。直观的分析方法一稳定分析图表。相对于其它各种计算方法，边坡稳定 分析图表具有较多优点，它使用方便，结果直观边坡稳定分析图表种类繁 多* 1 9 3 7 年。t a y l o r ( 1 9 3 7 ) 首次提出稳定分析图表，随后，b i s h o p 和 m o r g e n s t e m ( 1 9 6 0 ) m o r g e n s t e m ( 1 9 6 3 ) 以及s p e n c e r ( 1 9 6 7 ) 等陆续设 计出多种稳定分析计算图表。 生态边坡工程中稳定性的研究，主要有以下几个方面：。( 1 ) 边坡的整体稳 生态边坡客土稳定性研究 定性；( 2 ) 边坡的浅层稳定性，即喷播客土的稳定性；( 3 ) 边坡生态护坡结 构的稳定性。 在边坡的整体稳定性方面，研究较多，研究方法和手段与一般的边坡稳定 性分析方法相同。胡利文等( 2 0 0 3 ) ，利用简化b i s h o p 条分法分析边坡深层 滑动，证实边坡处于稳定状态。张永兴等( 2 0 0 2 ) 以修建黄花园大桥石板坡立 交工程形成的石板坡为例，透过多种方法研究了绿化荷载作用对边坡整体稳定 性的影响。首先进行了边坡支护设计验算，分析结果表明，由于绿化工程产生 的附加荷载不大，对边坡的稳定性影响甚小，引起的边坡安全系数下降最大值 还不到6 ，仍能满足规范规定值，因此现有支护体系是安全的。然后采用f l a c 程序模拟了边坡岩体分别处于自重、坡顶及台阶堆载的情况，数值计算结果表 明，绿化荷载对边坡的整体稳定性影响较小，表明坡体强度能满足要求。 在边坡生态护坡结构的稳定性方面，赵华( 2 0 0 3 ) 进行了边坡生态护坡结 构( 土工格室 的稳定性评价分析发现这类结构破坏的原因主要归结为以下 两类矗一是开挖边坡的稳定性问题，另一方面是格构与地基土相互作用的适宣 性问题，并且格构对地基的适宜性主要取决于两者的刚度差。建议数值模拟方 法是研究格构与地基相互作用并优化格构设计的有效手段。张季如等 ，即客土是均质均匀的，而且其厚度相对于坡长足够薄，所以可 以假定客土是无限长二维边坡。若沿坡长方向把客土分成若干单元体，。每个单 元体的稳定状况是一样的，所以可任取其中一段作为研究对象。 图2 - l 为本文设计的无渗流情况下客土稳定性实验示意图。利用木板制作 模拟边坡，在水平放置的模拟边坡上制各厚度为阮的客土，逐步抬高一端，至 客滑动破坏。实验中”观察滑动面情况并记录客土破坏时的坡角 图2 - 1 无渗流情况下客土稳定性实验示意图 2 1 1 模拟边坡的制作 生态边坡工程的施工工序，通常是首先平整坡面，然后在边坡坡面铺设金 属网并用锚钉锚固，最后喷播客土 生态边坡窖土稳定性研究 本文中模拟边坡的制作过程如下： 订制一块长1 5 0 锄，宽5 0c m 的木板，具有足够的强度，以防止木板弯曲而 影响边坡客土的滑坡效果。如图2 - 2 ( a ) 所示 在木板上钉钉子( 直径2 姗，长度4 c m y 每个钉子钉入1 5c i t i ，外露2 5 c m ，该区域尺寸为4 0c m x1 0 0 鼬该区域距木板下端1 5c l n ，距上端3 5 锄， 距左右两边分别为5c l n 。钉子横向2 0 行，每行间隔5c m ，纵向5 列，每列间 隔1 0c n l 。如图2 2 ( b ) 所示。 木板四周边缘用木条钉好夹槽，以固定拦土板，防止其受力发生位移。拦土 板所围区域的尺寸为1 1 0c m x 4 5c m 如图2 2 ( c ) 所示。 在木板表面铺一层厚度ic r n 的水泥，并在其表面洒一层碎石，使水泥表面 变粗糙，以模拟边坡坡面如图2 - 2 ( d ) 所示 用直径i 衄铁丝缠绕于每行钉子上部并沿横向拉伸，以模拟坡面上的金属 网。如图2 2 ( e ) 所示。 此即为无渗流情况下客土稳定性模型实验的模拟边坡，如图2 2 ( f ) 所 示，模拟边坡局部放大图如图2 - 2 ( g ) 所示， ( d ) 铺水泥、洒碎石 ( e ) 缠绕铁丝( f ) 制作完毕的模拟边坡 1 8 生态边坡客土稳定性研究 ( g ) 模拟边坡局部放大图 圈2 - 2 模拟边坡的制作过程 2 1 2 客土的制备 用于客土的土样分别为粗砂、中砂及粉土粗砂的比重为2 6 7 。中砂的比 重为2 6 8 。粉土的比重为2 7 0 ，塑限为1 4 7 。液限为2 0 4 ，土样的粒径级 配曲线如图2 3 所示。 r 一 卜抖多， a i r - _ 哞矗 i影p ， ， i 翱 川。， ， 歹 d ， ， ，jf 日， 生态边坡客土稳定性研究 调整土样至一定范围的含水率。倒土，到达所需高度( 因土体压缩，土体初 始厚度应大于4c m ) 时，把土体表面处理平整，如图2 _ 4 ( b ) 所示。土体表面 放置两块木板，使外加应力在土体表面均匀分布把三袋土均匀放置在木板上 对土体进行压实( 每袋5 0k g ，共计1 5 0k g ，土体所受平均压力为3 0k p a ) ， 压实时间为1 5 r a i n ，。如图2 4 能工所示。一 1 5m i l l 后撤去重物及周围拦土板，得到压实后土体，做8c m 一2 0c m 厚度边 坡时，应分层压实，每层载荷均为1 5 0k g ，压实后每层约为4c m 与击实实验 相同，在铺设下一层土样之前，对前一层压实土体的表面进行刨毛，以防止土 体分层，影响滑坡效果