（环境工程专业论文）四川红层人工边坡喷植绿化技术的研究.pdf

伊3 t i9 10 西南交通大学硕士学位论文 第1 页 摘要 边坡喷植绿化技术是一种新近开发的先进的生态工程护坡技术。其 理论体系和施工工艺尚处于开发、研究和试验阶段。本文结合四川省重 点科学技术研究项目“长江上游红层人工边坡水土保持的喷植技术研 究”，在详细调查、分析了红层( 砂岩泥岩互层) 边坡的地质情况、物理、 力学及化学性质，并研究了护坡草种的生长特性及植被护坡机理的基础 之l ，从生态系统恢复的高度出发，运用生态学的有关原理，结合工程 护坡技术，设计出一套适合于红层边坡植被绿化的喷植方法。该方法独 特于现有的护坡喷植法。针对岩质边坡难以绿化的问题，提出了生长垫 层的概念，使岩质边坡的绿化成为可能。在对草种的选择等关键工序中 采用了人工神经网络的方法进行辅助设计，使该方法在不同地区岩质边 坡推广的可行性和方便性得到提高。 【关键词】水土保持生态工程人工神经网络喷植 弘 ? 要；j 乏 西南交通大学硕士学位论文 第1 i 页 a b s t r a c t h y dr o s e e d i n gt e c h n o l o g y i sa na d v an c e ds l o p epr o t e c t i o nb i o t e c h n i c a l w h i c hi sd e v e l o p e dr e c e n t l y t h et h e o r y a n dt e c h n o l o g yar ed e v e l o p i n ga n d t e s t i n g t h ep a p e r ，c o nn e c t e d w i t ht h et e c hn o l o g yr e s e ar c h k e y i t e r n s o f s i c h u a npr o v in c e 一“r e s e ar c ho nh y dr o s e e d i n gt e c h n o l o g yf o rs o l ia n dw a t er c o n s er v a t i o no far t i f i c i a ls l o p eo nr e dl a y e ra l o n gt h eu p s t r e a m o f y a n g z i r i v er ”a n db a s e do nd e t a i l i n v e s t i g a t i o n a n d a n a l y s i s o n g e o l o g yc o n d i t i o n p h y s i c m e c h a n i c sa n dc h e m i s t r ypr o p e r t i e so fr e dl a y era n dgr o w i n gp r o p er t y o fpr o t e c t i o ns l o p egr a s sa sw e l ia sm e c h a n i s mo fv e g e t a t i o npr o t e c t i o ns l o p e d e s i g n sa h y dr e s e e d i n g m e t h o dw h i c hi ss u i t e dt or o c k s l o p ev e g e t a t i o n a f f or e s t a t i o no fr e di a y er u s i n ge c o l o g ypr i n c i p i ea n dc o n n e c t i n ge n g i n e er i n g pr o t e c t i o ns l o p et e c h n o l o g yf r o mp o i n to fv i e wo fe c o l o g ys y s t e mr e c o v e r i n g t h em e t h o di sd i f f er e n tf r o mt h e e x i t i n gh y dr e s e e d i n g m e t h o di t p r o p o s e a c o n c e p to fgr o w i n gc u s h i o nc o n s i d er i n g t h a ti t sd i f f i c u i tt o gr o wg r a s so nr o c k s l o p e 。t h i s m a k e sa f f o r e s t a t i o ni nr o c ks l o p ep o s s i b l ei n k e yp r o c e d u r eo f s e l e c t i n gs e e d sa r t i f i c i a l n e ur a l - n e tm e t h o df o ra i d e dd e s i g ni tc a nr a i s et h e f e a s i b i l i t ya n dc o n v e n i e n c eo nr o c ks l o p eo fd i f f e r e n tar e ab yt h em e t h o d k e y w o r d ：8 0 i ia n dw a t e rc o n s e r v a t i o n ，e c o l o g ye n g i n e er i n g ，a r t i f i c i a l - n e ur a l n e t w or k h y d r o s e e d i n g 西南交通大学硕士学位论文第1 页 刖吾 长江上游四川红层地区是我国水土流失最严重的地区之一。9 8 年长 江流域的特大洪水与四川i 境内水土流失严重有直接关系。人们对农林业 中的乱挖乱伐造成水土流失已经有了深刻认识，并已引起注意。但对工 程建设造成水土流失还认识不足，采取的措施也就不够。随着经济的发 展，铁路、公路、城镇等的开发建设方兴未艾。大规模地基础建设必将 形成大量裸露的地( 坡) 面。在促进了经济发展的同时，也使水土流失 问题越来越严重。 从生态学角度看，任何一条铁路、公路都要通过不同的生态环境， 并均将对生态环境产生影响。生态环境可分为自然生态环境和社会生态 环境两大类。铁路、公路工程对社会生态环境的影响主要为正面影响， 具体表现在将促进沿线地区城乡经济的发展；而对自然生态环境的影响 为负面影响，水土流失作为自然生态环境影响中的一个方面，是由工程 建设活动对地形、地貌、土地、植被的破坏而诱发的。分析铁路、公路 工程等对水土流失的影响并提出相应的治理措施己成为工程建设活动中 的一个重要环节，其目标是将水土流失降至最低程度，保持自然生态系 统的可持续发展和利用。 铁路工程对水土保持的影响，视线路穿越生态环境的环境现状和生 态特点不同而异。一般来说线路越长，通过地区地质结构越复杂，植被 覆盖率越高，其影响和破坏的程度越大，但都具有带条状的影响特点。 铁路工程对沿线地形地貌的影响包括直接影响和间接影响两个方 面。直接影响是指铁路路基、站场、桥涵、隧道工程及工程取弃土等作 业对地形、地貌的直接影响。间接影响是指由地形、地貌直接破坏而导 致的滑坡、坍塌及由特殊地质条件下的铁路工程诱发的地面沉降、地面 塌陷、井泉干涸等环境地质现象而造成的地形地貌变化。 铁路工程对地形、地貌、土地、植被的破坏可诱发水土流失。水土 流失与线路通过地区的主要自然条件即地形、地貌、地表植被、土壤结 构、暴雨强度有关，还与取土场的开挖、路基填筑、路堑开挖及工程取 弃土等人为因素有关。水土流失是土壤的破坏一一移动一搬运堆 ( 淤) 积的泥砂转移过程。工程施工使得部分植被破坏和地表扰动、切 西南交通大学硕士学位论文第2 页 割、土壤裸露、降低抗侵蚀性，雨水得不到截滞和涵养，导致水土流失。 根据中华人民共和国环境保护法第十九条“开发利用自然资源， 必须采取措施保护生态环境”及中华人民共和国水土保持法第八条 “从事可能引起水土流失的生产建设的单位和个人，必须采取措施保护 水土流失”。因此，分析铁路工程对水土流失的影响并提出相应的治理措 施是工程建设活动中的一个重要环节，它可以将水土流失降至最低程度， 保持自然生态系统的可持续利用和发展。 目前我国的边坡的防护上主要还是采用传统手段，如混凝土抹面、 挡土墙支护、挂网喷浆及开挖台阶，堆土种草等。 随着经济水平的发展和环境意识的提高，用植被护坡代替工程护坡， 用草、花及灌木绿化美化边坡已成为当今公路、铁路建设的一种趋势。 因为植物强劲的根系和致密的地表覆盖不仅可以涵养水源，保持水土， 而且可以净化空气，保护生态，美化环境，有利于行车安全。 在公路、铁路边坡建立草坪具体有如下优点： 草坪因具致密的地表覆盖和在表土中有絮结的草根层，因而具有 良好的防止土壤侵蚀和雨水冲刷的作用。还能明显地减少边坡地表的日 温差，有效地减轻土壤因“冻胀”而引起的土壤崩塌，防止泥石流的产 生。 边坡绿化实施简便，速度快，并且效果长久。纯工程护坡的效果 只会慢慢减退，但绿化护坡只要成功种植，稍加养护，护坡作用会逐渐 加强。 草坪能净化大气，稀释、分解、吸收和固定大气中的有害有毒物 质，通过光合作用转害为利。 铁路两边绿茵茵的草坪，能形成良好的交通环境。草坪的叶和直 立茎具有良好的吸音效果，能在一定程度上吸收和减弱火车发出的噪音。 绿色草坪还能减缓太阳的辐射，使乘客和司乘人员有一个良好的旅途环 境。 另外，与护面墙或片石护坡等纯土石工程防护比较，土石防护只能 防护防护边坡表面，而且边坡土结构变动或流失又容易使其产生裂缝， 使护坡性能不稳定，并且其造价较昂贵，是植物护坡的2 3 倍。而植 物护坡，某些根系深入土层1 m 以上以圃结土壤，结构稳定，并能四季 西南交通大学硕士学位论文第3 页 施工，造价低廉，后期养护费用也很低。由于边坡绿化的作用日益凸显， 国家已将绿化环保作为高速公路、铁路验收的一个重要项目( 占验收总 分的10 ) 。 四川i 红层边坡的水土流失、溜坍的问题由于其特殊的地质条件和工 程特点，长期以来危害严重而又不易妥善解决，寻找开发一种合适的解 决办法已显得越来越迫切。 本文针对在四川红层边坡的绿化提出一种解决方案岩石边坡液 压喷植绿化法。该方法的实施，将有助于困扰成渝线多年的红层边坡水 土流失、边坡溜坍等问题的解决。 在这一方法的研究中，本文主要提出和采用了以下几点新技术和措 施： ( 1 ) 因为是在岩质边坡进行绿化，为了解决植物如何在其上生长 的问题，提出了“生长垫层”的概念。这是解决植物在岩质边坡上附着、 生长的关键。 ( 2 ) 将植被恢复生态学的原理应用到了边坡的绿化。现有的边坡 绿化绝大多数是一般的绿化工程，只要能长出植物就算达到目的。本文 从植被恢复生态学出发，利用其原理指导草种选择、养料配置和生长垫 层的结构组成等，使植被不仅能长出，而且形成结构合理，长势稳定的 植物群落。以达到持久有效的护坡固坡目的。使边坡的绿化上升到生态 恢复的高度。 ( 3 ) 本文还尝试性地利用人工神经网络原理辅助草种选择和喷播 液的配置。由于液压喷播法涉及植物、土壤、辅料配置、机械、经济和 实施组织管理等多种学科和技术，并且在不同的地形、土质、和气候环 境下，各种技术形成了不同的技术组合，适宜的技术组合需要必要的试 验研究和经验基础加以确定。这为其应用和推广带来了很大困难。这也 正是该技术目前尚未成熟的原因之一。本文利用人工神经网络对生长垫 层( 选种) 的配比进行了试验性设计，取得了较好的效果。这也是人工 神经网络原理首次应用于边坡绿化方面。为以后用神经网络用于液压喷 播的整体设计做一些探索工作。 西南交通大学硕士学位论文 第4 页 第一章边坡绿化的研究现状及可行方案的提出 一国内外边坡现状及边坡保护处理方法： 公路、铁路边坡的绿化，国内由于观念和经济上的原因，过去开展 较少。而国外许多发达国家却己普遍实施并有多年的历史和种植经验。 1 欧洲： ( 1 ) 边坡坡度及处理除山岳地带外，均采用相当缓的边坡坡 度，特别是俄罗斯及芬兰、瑞典、挪威的北欧国家，他们多采用l ：2 1 ：5 的坡度，用牧草处理，使之与周围的牧草的界限看不出来；中欧的德国、 奥地利等采用l ：15 l ：2 左右稍陡的坡度，种以牧草和灌木；瑞士、意 大利的山岳地带，地中海沿岸的盘山公路和开挖的无处理硬岩边坡，其 坡度为13 1 ：o5 左右。处理方法是对坡度缓的边坡进行开挖，表面铺 10c m 以上的外来土，种以牧草或灌木；对坡度陡的边坡的开挖，则不 加以处理，而是在坡脚设置5 10 m 的平台( 空地) 种草或树木，这 样不仅落石不致直接影响公路与设施，并且因种植了树木，可使开挖的 边坡尽量不接触视线。 ( 2 ) 边坡的绿化施工方法一般使用撒布种子的施工方法，或采 用播种后用机械将稻草或麦杆覆盖养护的施工方法，边坡大多预先铺厚 约1 0 c m 左右的外来土。 在德国、奥地利大多采用暂时先种草，然后再移植灌木、乔木的方 法。 木本类的移植方法，是在播种1 2 年后，在边坡上每隔o5 1 m 斜向挖沟，再将灌木植入。或在边坡整形的同时，用柴束或编藜等组成 每隔2 5m 水平的或斜的问隔进行植树。还有作为防止侵蚀的一种对 策，采用先在附近按格子状植草，然后在枯干前根据需要种植小树。 ( 3 ) 边坡植被的管理植物的管理在北欧是从5 月至10 月每1 2 周割草一次；在法国，也很重视边坡的养护，以“预防胜于治疗”为 原则；在挪威、瑞士，有的还采用撒布草生长抑制剂，这样一年只需割 草一次。 2 北美 在美国首都华盛顿的高速公路，边坡坡度为1 ：3 1 ：6 ，较为缓和， 西南交通大学硕士学位论文第5 页 多用种子撒布工程，草种以肯塔基酥油草为主。 旧金山及洛杉矶的高速公路，边坡坡度l ：o5 l ：o8 的较陡的地点较 多。这些地点除用厚层外来土施工法以外，对软岩边坡多用点穴植被法， 挖槽施： 法等，以机械化进行高效施工。用长春藤覆盖于边坡外混凝土 结构物及中央分割带等的表面。 加拿大安大略的高速公路，边坡坡度小于1 ：2 ，多采用播种后用机械 覆盖稻草或麦杆养护的施工方法，草种使用爬行红酥油草、肯塔基兰草、 红顶草等，每年割草两次。 墨西哥的克鲁塔罗公路，边坡坡度非常平缓，几乎不做边坡保护工 程。在平地上根据需要种植圣奥尔加氏矮草。 3 南美 在秘鲁、智利等南美西岸纵贯着2 2 0 0 k m 的泛美公路，边坡基本未处 理。 在阿根廷不处理的边坡也多，部分种植了用手种植的百慕大草和圣 奥尔加氏矮草。 巴西的卡斯特罗布朗库公路砂土边坡坡度为1 ：3 1 ：4 ，较为平缓，以 下垂爱情草为主体。从圣保罗到理奥的公路边坡也较缓，采用下垂爱情 草。在巴西首都巴西利亚附近多用铺草皮法，其种类有百慕大草、萝h 、 圣奥尔加氏矮草等，使用洒水器撤水，并进行修理管理。 4 澳大利亚、新西兰 按澳大利亚东海岸维多利亚州公路局的公路开发指南的规定，从公 路景观到割草管理方面考虑，边坡坡度较1 ：3 为缓，坡肩、坡脚都进行 棱角整饰。 在新西兰，大致与澳大利亚同样的进行边坡处理，采用播种机施工， 或在拖拉机上牵引条播机直播的方法。对陡边坡的硬岩不处理。 5 西亚 在沙特阿拉伯、科威特、伊拉克、伊朗、埃及等沙漠较多的地方， 除城市及河流周围以外，基本没有植被，沙漠或与其相连的道路、铁路、 运河等的边坡均无处理。 6 亚卅f 在日本，公路填、挖土方工程的结束，即是稳固边坡，再造绿化的 西南交通大学硕士学位论文第6 页 开始。在确定和实施绿化方案时，不同土质，不同边坡，不同坡面，不 同地段所选用的植物种类、绿化方案和施工手段都不相同。其政府和各 主管部门制定了相应标准、规范、供指导施工用。在绿化工程中，有种 子撒播、草皮移植、植生袋法、框格植被工程以及新近开发的泥浆喷播 绿化法。 在韩国，引进日本的技术与机械等，高速公路及主要干线等的边坡 以播种机及铺草皮为主体进行绿化。 在台湾省，采用手植将巴伊阿草及百慕大交互成条状种植的绿化工 程为主体。新近采用喷播草籽工程，以及喷射混凝土的连续框格工程与 绿化工程的联合使用。 在香港，土地缺乏，土地的利用往往达到最大限度，边坡坡度为l ：o5 1 ：1 或更为陡急。边坡保护多采用手涂水泥土，边坡绿化工程使用播种机 法。 在新加坡，边坡绿化的手段主要是栽植，由于气候适宜，雨量充沛， 植物生长茂盛，四季常青。 在菲律宾、泰国、马来西亚、印度尼西亚等国新建公路的边坡基本 未做护坡工程。 7 中国大陆 目前国内边坡防护问题主要采取以下手段：一是将边坡表层开挖成 台阶状，堆土种草，该方法不仅费时费工，而且下雨时，边坡上大部分 泥土将会被雨水带走，植被成活率较低；二是三合土或混凝土抹面，该 方法的缺点是若干年后，支护层开裂脱落，修补起来非常困难；三是挂 网喷浆或挡土墙支护，此类方法造价昂贵，不美观。 根据上述情况可以看出，国内外的边坡绿化护坡有如下特点： 1 越是发达国家越重视边坡的绿化，并且实施较早。 2 大多采用园林绿化方式。边坡植被绿化主要针对坡度较缓的土 质边坡，很少见到关于在陡倾的岩质边坡进行绿化的报道。 3 积极采用新技术。但大量实施的并不多，只有日本等少数国家。 这主要是因为大多数欧美国家大规模的基础建设已经完成，早在建设之 初就已同步进行了绿化，而且其大多路段的边坡坡度平缓，也无必要进 行特殊植被手段。 西南交通大学硕士学位论文第7 页 ：植被护坡的新进展 园林植物的主要目的是观赏，水土保持，护坡的作用其次。从生态 学的角度看，园林式护坡方法有品种少，稳定性差的缺点。随着边坡灾 害问题的日益突出和护坡技术的发展，出现了生态技术和工程护坡相结 合的生态工程护坡技术( b i o e n g i n e e r i n gs l o pp r o t e c t i o n ) 。首先提这一原 理和技术的是美国的g r a y h e 、l e i s e r f l 9 8 2 ) 和s c h i e c h t l ( 1 9 8 0 ) 。生态工程 护坡即是结合工程将生态技术应用于边坡的防护之上，以达到保持边坡 稳定，防止水土流失的目的。根据这一理论，覆盖于坡面的植物的茎、 枝等提供了第一层次的加固；随着根的不断的纵深生长，又产生了另一 层次的加固。同时土石工程本身就起一定护坡作用。土石工程的加固和 植物的加固相互结合，相互配合，使加固的效果更加可靠。 最早将生态护坡工程应用于边坡防护的是美国的k r a e b e l ( 1 9 3 6 ) ，他用 表面编制枝条篱笆的方法来加固南加州沿a n g e l e sc r e s k 高速公路的陡峭 边坡。并获得了成功。 这种新的护坡方式既能很好地起到护坡作用，能做到一些纯工程护 坡无法做到的防护，又恢复了被破坏的自然生态系统，美化了环境。符 合当今世界的发展趋势，是一种前景非常好的技术。 经过近二十年的发展，生态护坡技术已有了很大进展，现在国内外 广泛采用的方式有： ( 1 ) 土工网植草护坡该技术采用一种通过特殊工艺生产的聚 乙烯三维立体网，将其铺设于边坡上，然后播撒草种。随着草种的生长 成熟，坡面逐渐被植物覆盖，从而减缓了雨水冲刷和下流速度，其植物 根系深入土层固定土壤，防止了边坡侵蚀，这样植物与土工网就共同对 边坡起到了长期防护、绿化作用。 ( 2 ) 草坪植生袋这是近年来推广使用的一种草坪植草新技术。 在暴雨强度较大的地区，可在坡面上铺设草坪植生袋进行种草。植生袋 由两层无纺布构成，中间夹有草籽和化肥，使用时象地毯一样将草坪植 生袋铺在边坡上，上面盖上细土，浇水后15 30 天左右出齐，三个 月后可形成漂亮的草坪。 ( 3 ) 铺草皮铺草皮坡面防护法作用与种草坡面防护一样。适 用于需要迅速得到防护或绿化的土质边坡以及严重风化的岩石和严重风 西南交通大学硕士学位论文第8 页 化的软质岩土边坡。铺草皮坡面防护需预先备料，草皮一般就近培育， 切成整齐块状再自f 而上移铺到坡面上。同时坡面要预先整平，必要时 还应加铺种植土。 ( 4 ) 综合生物防护综合生物防护是指采用混凝土、浆砌片( 块) 石、浆砌卵( 砾) 石等做成骨架形成框格，框格内采用种草或铺草皮的 防护方法。框格的作用是利用骨架防止边坡受雨水侵蚀而在土质坡面上 产生沟槽，同时保护框格内的植物在生长初期不受雨水侵蚀。 这些方法这些新技术的出现，很好地满足了相当部分护坡工程的要 求。但其有一共同特点? 在一些坡面土质较好，坡度不大( 4 5 。) 的 情况下效果较好，但在坡面土质较差，如岩石坡面等，或边坡的坡度很 大的情况下，效果则非常不理想。或是草被根本无法长出，或是后期管 理困难，难以保持持久效果。而四川红层地区的铁路边坡基本为砂岩泥 岩互层，并且坡度很大( 6 0 。7 0 。) ，植物几乎无法自然生长。并且即 使绿化后也很难进行人工养护。使用目前的绿化方法在四川红层边坡显 然很难达到护坡和美化环境的目的。 对于红层边坡这种大坡度的岩石边坡的绿化最适宜的是目前国外率 先采用的一种先进、快速、科学的边坡植草新技术，即液压喷播法。 液压喷播法是欧、美、日本等一些发达国家近年来研究开发的一种 生物防护生态环境、防止水土流失、稳定边坡的机械化快速种草绿化技 术。主要由防护方法的选定、土壤分析、草种选择、液压喷播施工四部 分组成。其原理是将草种、化肥、土壤改良剂、土壤稳定剂、辅料和水 等充分混合后，用喷射机械均匀地喷射到边坡上，适当洒水使种子发芽、 生长。 液压喷播种草的特点是机械化旖工，速度快、效率高，每天可绿化 1 3 万平方米；草坪质量好，草坪生长均匀、致密，成坪速度快；能 在各种复杂地形情况施工，特别是人力不可及的地带；并且成本低廉。 具体见表1 1 。 西南交通大学硕士学位论文第9 页 表卜1各种护坡工程造价比较表 边坡防护措施厚度( c m )单价( 元m2 )备注 草皮护坡 干砌片石护坡 浆砌片石骨架草皮护坡 浆砌片石护坡 土工网植草护坡 液压喷播植草护坡 4 6 3 5 5 0 3 5 5 0 3 5 5 0 2 0 3 0 l o 2 0 8 1 0 4 2 6 0 2 4 3 3 9 1 1 3 0 1 5 1 8 6 1 0 养护费未计 养护费未计 养护费未计 养护费未计 养护费未计 无须养护 三红层边坡绿化研究课题的提出 目前国内有部分单位已引进液压喷播技术，并在一些地区进行施工， 效果较好。但都是在土质边坡进行。主要应用于粘土和亚粘土，坡度4 5 。以下，该类土硬度小于2 3 r a m ( 采用山中式土壤硬度仪测出的指标) 。 目前尚无在岩石边坡进行绿化的实例。主要原因是，一岩石边坡上植物 的生长环境极端恶劣，一般认为植物无法在其上生长；二喷播物质在岩 石表面附着困难。岩面绿化要求喷播物质既能牢固附着在岩体表面并保 持一定强度，又不能影响植物的生长发育。现有的液压喷播法很难做到。 本文针对该问题，综合生态、植物、地质、土壤及工程等学科，提 出了一种适合四川红层砂泥岩互层边坡绿化的液压喷播法。主要工作如 下： 1 研究了红层地质条件对植被生长的影响； 2 提出了“生长垫层”的概念； 3 运用植被恢复生态学原理指导设计； 4 利用人工神经网络方法辅助选择草种。 通过以上的工作，使该项技术适合于在四川红层地区的特殊地质条 件下施用，使四川红层地区人工边坡的大规模绿化增加一种快速、经济、 有效的方法。 西南交通大学硕士学位论文第1 0 页 第二章四川红层边坡的地质、生态条件 第一节地质条件 一成渝铁路所处的自然地理环境 1 地形地貌 成渝铁路位于四川省东部，从成都至重庆全长504 公里。线路经 成都、简阳、内江、永川、江津、重庆等七个市以及资中等九个县。成 渝铁路所处的地区，地形呈东、西高，中部低的总趋势。西部以龙泉山 为峰，形成侵蚀构造地貌，龙泉山脉高50 0 90 0 米，北东一西南 向展布。龙泉山以东，至永川市以西的广大地区为延绵起伏的丘陵地形， 高程230 550 米，相对高差30 100 米，形成一缓谷浅丘， 宽谷中丘和窄谷深丘为主的构造侵蚀地貌景观。其中龙泉山至内江的沱 江流域，形成了以河漫滩，一级阶地，河流堆积高阶地为主的侵蚀堆积 地貌。永川以东到重庆市，巴岳山、晋云山等山峦形成了构造剥蚀低山 及侵蚀溶蚀地貌。因此成渝铁路从成都到重庆横穿三个地貌单元，形成 了西段( 成都一简阳) 位于龙泉山侵蚀构造中低山区：中段( 简阳一永 川) 位于构造剥蚀的丘陵地区，沿沱江河岸蜿蜒展布；东段( 永川一重 庆) 位于侵蚀构造中低山区，沿长江河岸展布。 2 气象及水系 成渝铁路所处的四川盆地属于亚热带潮湿气候，温暖潮湿，雨量充 沛，春早夏长，秋雨连绵，冬暖多雾，日照较短。多年平均气温，由西 向东，缓缓升高，西段1 6 9 ，中段1 8 。c ，东段1 8 。一般7 、8 月气 温最高，1 月份气温最低。极端最高气温4 22 。c ( 重庆) ，极端最低气温 37 ( 合川) 。该区域多年平均降水量，由西向东逐渐增大，西段为9 8 8 毫米，中段为1 0 5 0 毫米，东段为1 0 9 4 毫米。雨量分布不均，多集中在 7 、8 、9 三个月。因此雨季防洪，以及防治边坡溜塌、坍塌、落石、 滑坡等铁路地质灾害的发生，成为成渝铁路的一大公务。 成渝铁路所经过的地区发育的较大的河系为沱江、长江。沱江径流 量为1 0 5 2 亿立方米年，最小为6 92 亿立方米年，丰水期为7 9 月，平均流量为6 0 3 立方米秒，丰水之年易造成洪水灾害。长江( 寸 西南交通大学硕士学位论文第1 1 页 滩站) 最小流量为2 7 8 0 立方米秒，多年平均水位标高1 6 98 米。由于 成渝铁路红花塘至内江段及朱杨溪至重庆段，多傍河修筑，最近处距江 河岸不足1 0 米，因此洪水期江水冲刷路基边坡，形成边坡失稳等地质灾 害。 二成渝铁路沿线的工程地质条件 成渝铁路沿线的工程地质条件包括岩性条件，构造条件和水文地质 条件。 1岩性条件 成渝铁路沿线分布有松散堆积层，碎屑岩和硫酸盐岩，它们的岩性 特征和相互组合状况不同，决定了铁路沿线的工程地质性状变化。根据 岩层的工程地质性质和特征，可以划分为四个岩组： ( 1 ) 松散岩组 由第四系全新统近代河流堆积和更新统冰水堆积层组成。近代河流 冲积漫滩为砂砾石，阶地明显具二元结构，上部为粘质砂土，粉砂土， - f 部为砂卵砾石，磨圆度好，一般粒径2 6 厘米，厚度8 2 4 2 01 7 米。 冰水堆积分布于沿河高阶地，上部为棕黄色砂质黏土，塑性指数多大于 1 8 度，下部为砂砾石夹黏土，砾石大多有不同程度风化。 ( 2 ) 半坚硬岩组 由侏罗系的蓬莱镇一砂溪庙组砂、泥岩组成，上部以泥岩为主夹细、 粉砂岩，中下部为泥岩和厚层状砂岩互层，干抗压强度4 38 3 7 0 3 i m p a ， 抗风化能力弱，多呈块状脱落。 ( 3 ) 半坚硬一坚硬组 有白垩系夹关砂组岩组、侏罗系自流井组、三叠系须家河组构成。 白垩系夹关砂组为砖红色长石石英砂岩，中厚层，中细粒结构，风化后 结构较松散，层面风化裂隙较发育，湿抗压强度一般为4 9 0 87 3 m p a 。 侏罗系自流井组为紫红色泥岩夹少许砂岩，上部有少量石灰岩、泥岩。 湿抗压强度一般小于58 8 m p a 。三叠系须家河组为长石石英砂岩与页岩、 泥岩互层，砂岩厚层块状，质坚硬，湿抗压强度在39 2 m p a 以上。泥页 岩不稳定，摩擦系数只有018 02 2 。 ( 4 ) 硫酸盐岩坚硬组 由二叠系及三叠系中，下统石灰岩，白云质石灰岩，角砾岩组成。 西南交通大学硕士学位论文第1 2 页 岩石致密坚硬，湿抗压强度1 3 60 1 m p a ，干抗压强度1 8 33 7 m p a 。但构 造裂隙及溶隙发育处岩体不甚完整。成渝线以( 2 ) 和( 3 ) 岩组为主。 2 地质构造 成渝铁路所经过地区的地质构造包括了，褶皱构造和断裂构造。它主 要发生在西部龙泉山区和东部巴岳山，晋云山区。背斜轴部多为坚硬和 半坚硬岩，因挤压作用，岩石剧烈变形，导致上述坚硬岩类岩层产状较 陡，节理发育，岩体完整性降低。往往引起崩塌，落石等不良工程地质 问题。在向斜地区多分布着半坚硬的碎屑岩，其构造变形较向斜区相对 为轻，破坏及岩体变形均不剧烈。岩石的完整性较好，强度相对较高。 在断裂构造带，由于构造破坏，岩体的完整性很差，使岩石强度降低。 特别是挤压破碎带，岩石已成松散状，强度极低，常发生不良工程地质 问题。 3 水文地质条件 成渝铁路沿线气候温暖湿润，雨量充沛。地表径流发育，故浅层地 下水较发育，交替循环较强，为低矿化度淡水。由于含水层岩性的不同， 所处的地貌和构造部位的差异，其水文地质特征各有区别。 按照含水岩组的岩性结构，以及地下水所赋存的形式，水力特性， 成渝铁路沿线的地下水可分为四个基本类型：( 1 ) 松散堆积砂砾石层孔 隙水。( 2 ) 红层砂泥岩风化带孔隙裂隙水。( 3 ) 砂页岩裂隙水。( 4 ) 硫 酸盐岩裂隙岩溶水。 三成渝铁路的地质灾害 成渝铁路修建已四十余年，由于自然环境的变迁，特别是人类工程 活动的影响，原始处于稳定的地质环境变为不稳定状态，为了达到平衡， 地质体将产生位移或运动，给人类活动造成灾害。成渝铁路这类地质灾 害包括了边坡崩塌落石、边坡溜塌、边坡风化剥落、滑坡、路堤下沉、 路基基床翻浆冒泥及路肩外挤、以及河床冲刷路基等，他们分布在成渝 铁路的不同区段，影响着铁路的正常运行。 1 边坡风化剥落 发生在岩质边坡中易风化的泥岩，页岩，泥质粉沙岩等的剥落，是 红层地区较普遍的一种地质灾害。剥落堆积物堵塞路堤侧沟，常引起基 西南交通大学硕士学位论文第1 3 页 床病害。这种地质灾害分布较广，如资中、陈家湾、大足站一双石桥站、 朱杨溪站一黄谦站等区间均有这种地质灾害发生。 2 边坡崩塌落石 主要发生在岩质边坡区，分布较广，在成渝铁路西部龙尔山区，中 部丘陵地区和东部低山均有这种地质灾害发生。边坡崩塌落石是一种多 发性的地质灾害。常威胁行车安全。 3 边坡溜塌 主要发生在地质边坡区。分布在成渝铁路沿线自然山坡的松散堆积 物带，路堑边坡顶部堆积层及未防护的路堤边坡。因此，这类地质灾害 的分布很大程度上取决于自然因素和人为因素的综合作用。 4 滑坡 成渝铁路经过地区有著名的狮子山滑坡、九龙坡滑坡。另外，在朱 杨溪站一平等站、白沙站金刚沱站、江津站一黄谦站等区间，也存在 大小不等的潜伏滑坡。可能造成铁路地质灾害。 5 路堤下沉 成渝铁路运营几十年，路堤下沉已成为较普遍的现象，凡是1 0 米高 以上的路堤都存在不同程度的下沉问题，有的达到每月下沉量l o 毫米左 右。 6 路基基床翻浆冒泥和路肩外挤 路基基床的翻浆冒泥多发生在侧沟排水不良的路堑地段。由于基床 翻浆冒泥，导致路肩外挤、道渣陷槽和线路下沉，影响列车的正常运行。 7 河岸冲刷 成渝铁路多处傍河筑路，因此，河流冲刷使路基边坡受到较大影响， 特别分布在沱江、长江二级阶地的路段影响更大，危及铁路运营安全。 四资中工点及陈家湾工点的地质基本情况 资中和陈家湾为液压喷播进行边坡绿化的试验工点，地质基本情况 介绍如下： 1 资中站地质情况 出露的地层是侏罗系下沙溪庙组，分布有暗红色泥岩，黄绿色细砂 岩。暗红色砂岩厚1 1 15 米，微裂隙以育，抗压强度为5 i o m p a ， 西南交通大学硕士学位论文第1 4 页 软化系数o7 03 ；黄绿色细砂岩风化严重，有大量白云母。岩石坡面 倾向北东4 6 。，岩层边坡风化剥落严重，坡面凹凸不平，岩层坡度约为 7 5 。坡高最高为1 5 米。黄绿色细砂岩中存在三组较为明显的节理。一 组节理的倾向为2 1 5 。，倾角为7 0 。，节理间距为5 0 厘米；一组节理的 倾向为2 9 0 。，倾角7 0 。，节理间距为6 0 厘米；一组节理的倾向为6 5 。，倾角6 5 。，节理间距为4 0 厘米。岩层产状近于水平，由于受资中 断层的影响，产状比较紊乱。如图2 1 1 。 t 三 f 享 ，筝 1 1 1f 二二_ 泥岩l - j 爿 右边坡 e 一砂岩 图2 1 - 1 资中工点地质剖面( 1 ：2 0 0 ) ( 1 ) 断裂构造 资中断层位于陶家湾站资中站区间北起资中县，南至三块石，全 长九公里，断层走向北东l o 。，断层面倾向东，倾角1 0 。3 0 。，是逆 断层。断于侏罗系中统，上盘是下沙溪庙组，下盘是上沙溪庙组。上、 下沙溪庙组中，沿断层两侧挤压，地形变陡。 ( 2 ) 褶皱构造 威远背斜位于茅店子站至银山镇区间，该背斜影响范围十分广 泛，轴向北东5 0 。7 0 。，延伸达1 0 5 公里，轴部出露下三叠系嘉陵江 组地层，翼部依次为中、上三叠系及侏罗系、白垩系各地层。北翼缓， 倾角3 。6 。，南翼陡，倾角为6 。1 4 。西南端褶皱紧密，断裂发 育。 龙爪寺向斜位于迎祥街站龙昌站区间，迎祥街南侧。向斜轴 向近东西，轴部地层为侏罗系中统，上沙溪庙组。 西南交通大学硕士学位论文第1 5 页 八角楼向斜位于峰高铺站永川站区间。轴向北东4 0 。5 0 。，轴部出露侏罗系上沙庙组地层。 新店子背斜位于双石桥站永川站区问。轴向北东4 5 。，该 部地层为三叠系下统嘉陵江组灰岩，两翼地层依次为三叠系须家河组， 侏罗系自流井组及沙溪庙组。北西翼倾角3 0 。6 5 。，东南翼倾角3 0 。5 0 。 2 陈家湾站的地质情况 出露的地层是侏罗系上统蓬莱镇组，分布有紫红色粉砂岩和泥岩互 层。剖面方位1 5 0 。，剖面坡度6 5 。7 0 。，坡高约8 米，岩层倾向0 。，倾角2 。节理较发育，一组节理倾向2 3 5 。，倾角9 0 。，节理问 距50 厘米；另一组节理倾向1 3 5 。，倾角6 8 。，节理间距60 厘米。 沿成渝铁路方向左右边坡剖面如图2 1 2 所示。 左边坡右边坡 1一一1lj 泥岩f j 习 - - - j 砂岩 图2 - 1 2 陈家工点地质湾剖面( 1 ：2 0 0 ) 褶皱构造 ( 1 ) 金龙寺背斜位于洪安乡站陈家湾站区间。该背斜南起都 洛带以东的北门子垭口，向北经金龙寺，于金堂廖家场附近倾没，倾没 角2 。，构造发育在蓬莱镇组内，长1 6 5 公里，两翼不对称，南段轴向 北东15 。左右，东翼倾角4 0 。左右，西翼倾角8 。1 1 。，北端轴向3 5 。，东翼倾角2 。4 。，西翼倾角5 。1 3 。 ( 2 ) 罗家山向斜位于红家山站陈家湾站区间，该向斜在金龙 寺背斜东南，北起金堂罗家山，向南经半角山，至于四方山断层，全长 西南交通大学硕士学位论文第1 6 页 约12 公里，构造发育于蓬莱组地层内，轴线呈s 形。南端轴向北东5 0 。，西翼倾角4 0 。，东翼产状平缓，倾角2 。4 。，北段轴向北东1 0 。， 西翼倾角2 。8 。，东翼倾角较大2 。j 2 。 ( 3 ) 龙泉山大背斜位于陈家湾站红花站区间，该背斜构成龙 泉山主体。北起中江，南至仁寿，轴向北东3 0 。5 0 。，延伸约1 3 0 公 里。背斜轴部宽阔平缓，两翼陡然下降，为典型箱状背斜。由南系向北 东渐次倾斜。两翼地层依次为遂宁组、蓬莱组。次级褶皱发育，两翼均 伴有压扭性断裂，尤以西翼老君场断裂规模最大，断裂最大为1 4 0 0 米。 东翼由北往南，断裂呈雁形排列。 第二节生态条件 一风化砂泥岩的物力性质及其对植被生长的影响 1 岩石物理性质 岩石物理性质包括岩石类型，含水率，容重，比重，孔隙度等，现 将资中段( k 1 8 6 + 1 5 0 k 1 8 6 + 3 1 5 ) 及陈家湾车站( k 3 6 + 3 0 0 ) 的岩石物 理性质列表如2 2 1 。 表2 - 2 1岩石物理性质 岩石名称含水率( ) 容重( k n m 3 1比重( g )空隙度( )地层代号 资中黄绿 18 7 31 02 46 2 592 6 7 27 2 74 9j 色砂岩 资中暗红 色泥岩 22 3 37 82 5 8 2 6 72 7 3 28 l65 1 0 2 7j 陈家湾泥 32 92 6 12 7 99 1 3j g 陈家湾粉 l5 82 6 427 245 l j 砂岩 从表2 一l 司知： 岩石天然含水量都较小，从现场观察看，边坡上无地下水出露， 岩石经常处于干燥状态，这对植物生长不利。 岩石孔隙度比土壤小得多，一般土壤孔隙度可达4 0 5 0 ，而该 两工点仅为45 1 05 ，泥岩相对而言孔隙度较大，但也只有10 左 右。岩石的此特征对植物生长非常不利。 西南交通大学硕士学位论文第1 7 页 2 岩石力学性质 岩石力学性质是指岩石的抗拉强度、抗剪强度、抗压强度、弹性模 量、变形模量、泊松比等。现将资中段和陈家湾车站岩石的力学性质列 表如2 2 2 。 表2 - 2 - 2岩石力学性质 抗拉强度抗压强度( m p a )抗剪强度 弹性模 岩石名称量 泊松比 ( m p a ) 湿干软化系数 o c ( m p a )e ( m p a ) 资中黄色 164 465 25o8 14 0 。 l55 0002 7 细砂岩 资中踣红 09 51 533 06 9053 5 。 129803 0 色泥岩 陈家湾泥 o7 61 192 65 80 4 53 5 。o87803 4 陈家湾粉 13 51 963 21 70 6 43 8 。093 8002 5 砂岩 从表2 - 2 - 2h 知： 两工点岩石均属于半坚硬岩石，干抗压强度平均为4 0 m p a ，但遇 水易软化，泥岩软化系数小于等于o5 ，植被生长有可能。 砂岩泥岩的力学强度都比较高，有利于边坡整体稳定性，因此， 对大多数红层人工边坡而言，用不着浆砌片石护坡、挡墙、喷锚支护等 重型支挡措施，只须对边坡表面进行处理，即可防治大多数边坡的破坏， 这也为用植被方法防治边坡病害提供了可能性。 二风化砂泥岩的化学性质极其对植被生长的影响 岩石风化物的化学特征指岩石所含的元素的种类，各元素的含量等。 从现场取回的样本所做的化学分析结果如表2 - 2 3 。 表2 - 2 3岩样化学成分( ) ! i q ：垡：q ，垦：q ，塑! 韭q 盟! q ：鉴：q 垦q sp 旦亘垫厘全氢! 资中黄绿7 0 79 052 2，22 62 4 937 80 0 886 106 900 7o 叭 色细砂岩 陈家湾泥6 42 1 2769 330 830 2 19 616o l o87 70 6 600 60 0 9 岩 陈家湾粉6 13 1 8 137 665 73 1 6 16 614 10 1 187 105 5o0 500 3 砂岩 资中暗红5 3o 2 5993 4 ，26 6 19 2l2 50 1 187 306 7o0 705 2 色泥岩 从表2 2 3 分析，可以得出以下结果 西南交通大学硕士学位论文第1 8 页 ( 1 ) 岩质呈弱碱性，并含少量有机质，在土质改良和草种选择时须 考虑此情况。 ( 2 ) 岩石中铁( f e ) 含量较高，一般5 以上，这是岩石呈红色的主 要原因。 ( 3 ) 在降雨和地表水作用下，岩层中一价元素( k 、n a ) ：f h - - 价元素 ( c a 、m g ) 被淋滤，含量明显减少，二价铁向三价铁转化，三价铁和铝 增加富集，说明岩石处于风化之中。硅铝比约为4 ，大致处于中等风化 状态。 ( 4 ) 营养元素( n 、p 、k 、c a ) 含量极少，岩质贫瘠，不利于植被生 长。 第三节植被生长要求与红层边坡植被条件的差异 一物理组成 适宜植物生长的最佳土壤组成是：矿物质45 ，有机质5 ，空 气20 ，水30 ( 以上按体积比) 。其中，矿物质是由大小不同的土 壤颗粒组成的，植草土质的最佳重量比为：粘土l0 ，粘砂土10 ， 砂80 。此外，土粒并不是一个一个的单独存在着，而是集合在起， 成为块状，最好是构成团粒结构。在团粒结构内，同时存在着大小不同 的孔隙，并且整体的孔隙量也大。其中，大孔隙流通空气和水，小孔隙 是水的储藏所。 红层边坡的主要成分构成是砂岩和泥岩。粘土、砂土含量极少。与 植物适宜土壤成分相差极大。 二水分 土壤水分对植物生长有很大影响。水分是从毛根吸收土壤盐分的溶 剂，也是叶内发生光合作用时水分的源泉，还能从地表蒸发水分调节地 温。 土壤水分，依据土粒与水分的结合力，可分为吸附水、毛细水和重 力水三种。土粒和水的结合力( 土壤水分张力) ，用水柱高度的厘米数的 对数表示，称为d f 。植物利用的水在毛细水( p f 2 7 45 ) 之中，有效 范围为p f 27 42 。达到永久枯萎点( p f 42 ) ，植物便死亡。在p f 4 2 时， 西南交通大学硕士学位论文 不同土质的含水量如表2 - 3 1 。 表2 - 3 1永久枯萎点( p h 42 ) 的含水量 土质含水量土质含水量 粗砂 08 8 l1 1 粘土99 1 24 细砂27 36 重粘土1 30 1 66 砂粘土 56 69 红层边坡岩土中含水量为15 3 8 ，与表2 - 3 1 比较，远远超出 了一般土壤的永久枯萎点，植物无法生长。 三养分 植物生育上必须的元素有十六中之多，其中碳、氧、氢来自二氧化 碳和水，其余的都是从土壤中吸收的。需用量最多的是氮、磷、硫、钙、 镁、钾、碳，其他七种是微量元素。详见表4 1 2 。 表2 - 3 2 是一般土壤的主要肥料成分与红层岩土取样中的成分( 平 均) 比较。 表2 - 3 - 2成分含量对比 肥料成分土壤中含量红层取样中含量 氮n 02 3 00 6 3 硫s 01 2 00 0 1 6 磷酸p 2 0 5 01 l00 0 1 氧化钾k 2 0 01 9 00 2 石灰c a o 06 3 00 4 l 氧化镁m g o 03 7 00 2 8 有机质 506 4 从表2 - 3 2 可以看出红层岩土取样中，植物生长所需的养分含量极 低，根本达不到植物发育生长的需要，植物在这种“土壤”中不能生长。 四酸碱性 大多数植物生活的土壤p h 值范