（地质工程专业论文）铁路岩质边坡植被护坡的坡面侵蚀研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 本文首先在查阅了一定量的国内外文献资料，了解了一定的坡面土壤侵 蚀动力过程等方面的研究现状的基础上，根据岩质边坡植被护坡层土壤侵蚀 以雨滴溅蚀及陡坡水蚀为主的特点，运用理论分析与现场工点调查研究相结 合的方法，通过对渝怀线的试验工点的植被护坡的侵蚀情况进行调查分析， 发现引起植被护坡的坡面侵蚀主要有降雨侵蚀与降雨径流侵蚀两种。降雨侵 蚀主要是由雨漓击溅形成的，而降雨径流侵蚀主要是由雨滴击溅与薄层坡面 径流冲刷形成的。 利用有限元程序a n s y s 建立了空间实体有限元模型，对非降雨条件下、 降雨条件下植被护坡层的不同容重、不同粘聚力与不同内摩擦角的变形进行 了计算和分析，计算表明： 1 、植被护坡层在岩质边坡面上的自我稳定性较差，其在岩质边坡面上的稳 定性全靠锚杆与铁丝网来维持。 2 、引起檀被护坡层坡面变形的主要因素是植被护坡层的自身重量，增大植 被护坡层的c 、舻值不能有效的降低植被护坡层的坡面变形，而降低植被护 坡层的容重可以在一定程度上降低植被护坡层的坡面变形。 3 、有效的控制铁丝网的变形可以从根本上降低植被护坡层的坡面变形，有 利于植被护坡层与岩质边坡的稳定性。 4 、增大植被护坡层的c ，舻值，可以提高植被护坡层土体的剪应力，从而可 以增强植被护坡层抵抗雨滴击溅能力和坡面径流的冲刷能力。 最后，提出能够提高岩质边坡植被护坡层抗侵蚀能力的物理方法与化学 方法。 关键词岩质边坡；植被护坡；坡面侵蚀；有限元法 西南交通大学硕士研究生学位论文 第li 页 a b s t r a c t t h i st h e s i ss e a r c h e sf o rt h er e c e n ti n f o r m a t i o no fe r o s i o n d y n a m i cp r o c e s s r a i n f a l ls p l a s ha n dw a t e rf l o wo ns u r f a c eo fs t e e p s 1 0 p ea r e t w oe r o s i o nc h a r a c t e r so fs 1 0 p ep l a n t i n gp r o t e c t i o nw i t h t h e o r ya n a l y s i s a n di n v e s t i g e t i o no ns i t eo fy u h u a in e wr a i l w a y r a i n f a l le r o s i o ni sm a i n l yc a u s e db yr a i n f a l ls p l a s h ，a n dr a i n f a l l f ur l o f fe r o s i o ni s m a i n l y c a u s e d b y t h e i n t e g r a t i n gp r o c e s s o f r a i n f a l ls p l a s ha n do v e r l a n ds h e e tf l o w f i n i t ee l e m e n tm o d e l s ( f e m ) o ft h e s l o p e a r es e t u p w i t ht h e c o n d i t i o no fr a i n f a l la n du n r a i n f a l l s o m ec o n c l u s i o n sa r er e a c h e d b yf e ma n a l y s i sa n dc a l c u l a t i o nu n d e rt h ed i f f e r e n tf a c t so fd e n s i t y ， c o h e s i o n ，a n df r i c t i o na n g l eo fs l o p ep l a n t i n gp r o t e c t i o n 1 、t h es e l f - s t a b i l i t yo fs l o p ep l a n t i n gp r o t e c t i o ni sw e a ki n r o c k ys l o p e ，t h es t a b i l i t yo fs l o p ep l a n t i n gp r o t e c t i o nt e l i e s o n a n c h o rb a ra n dw i r en e t t i n g 2 、t h em a i n l yr e a s o no fc a u s i n gt h ed e f o r m a t i o no fv e g e t a t i o ni s s e l f - w e i g h t ，w h e ni m p r o v et h ec o h e s i o n 、f r i c t i o na n g l eo ft h e v e g e t a t i o n ，t h ed e f o r m a t i o no fs l o p ep l a n t i n gp r o t e c t i o n c a nn o t d e c r e a s ee f f e c t i v e l y 3 、c o n t r o l l i n g t h ed e f o r m a t i o no fw i r en e t t i n gc a nd e c r e a s et h e d e f o r m a t i o no fs l o p ep l a n t i n gp r o t e c t i o nr a d i c a l l y ，t h a ta r ei nf a v o r o ft h es t a b i l i t yo fs l o p ep l a n t i n gp r o t e c t i o na n dr o c k ys l o p e 4 、i m p r o v i n gt h ec o h e s i o n 、f r i c t i o na n g l eo ft h es l o p ep l a n t i n g p r o t e c t i o nc a ni n c r e a s e t h es h e a rs t r e n g t ho fs l o p ep l a n t i n g p r o t e c t i o n ，t h er e s i s t a n c ea b i l i t yo fr a i n f a l ls p l a s h e r o s i o na n d r a i n f a l l - r u n o f fe r o s i o no fs l o p ep l a n t i n gp r o t e c t i o ni si m p r o v e d 西南交通大学硕士研究生学位论文第i 页 i nt h ee n d ，p h y s i c sm e t h o da n dc h e m i e a lm e t h o dt h a t c a l l i m p r o v et h er e s i s t a n c e a b i l i t yo fr a i n f a l ls p l a s he r o s io na n d r a i n f a l l 一r u n o f fe r o s i o no f s l o p ep l a n t i n gp r o t e c t i o n i s p u t f o r w a r d k e yw o r d s ：r o c k ys l o p e ：s l o p ep l a n t i n gp r o t e c t i o n ：s l o p ee r o s i o n f i n i t ee l e m e n tm e t h o d 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第一章绪论 1 1 问题的提出 生态建设和环境保护是2 l 世纪人类共同关注的热门话题，也是世界各 国政府和人民为之不懈努力解决的焦点问题。项目开发与环境保护兼顾是经 济可持续发展的重大课题，世界各国都非常重视，我国也不例外。对工程建 设来说，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。 国务院关于进一步推进全国绿色通道建设的通知( 国发 2 0 0 0 3 l 号) 指出，绿色通道建设，是建设秀美山川的重大举措，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的需要。实施绿色通道工程，不仅能 够保护公路、铁路、河渠、堤坝，改善沿线生态环境，全面推进全国城乡绿 化美化向纵深发展，而且能够促进沿线地区的农业结构调整，改善和优化沿 线地区社会经济环境，加强社会主义物质文明和精神文明建设。 而边坡绿色防护“”在国内尚处于试验研究阶段，设计方法、施工技术尚 未形成，虽然工程中应用较多，但在理论上很多问题都急待加以解决。因此 结合工程实际开展边坡快速恢复植被技术研究是一项非常有实际意义的工 作。 坡面侵蚀“”是影响边坡植被防护成效的一个重要因素，是边坡植被防护 工程中一个常见却研究得很少的问题。首先需要建立本问题的研究体系，认 识其物理力学机理。侵蚀的物理过程为坡面土体在雨滴击溅与坡面流水动力 作用下失稳运动和运移流失过程，从雨滴击溅与坡面流水动力作用和运移角 度来认识坡面土体的侵蚀条件与侵蚀杌理它深入到了问题的本质层次，有 了新的理论生长点，反映了物理过程的实质，可以使我们对坡面侵蚀的研究 上升到一个新台阶。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 边坡绿色防护技术的应用情况 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 纵观国外边坡绿色防护技术的发展和工程实践经验，其边坡绿色防护遵 循的基本原则可以概括为：稳定为本、刚柔相济、草木结合、经济美观四个 方面。 边坡绿色防护鼯植被护坡是指“采用活的植物，单独甩植物或植物与土 木工程和非生命的植物材料相结合，以减轻坡面的不稳定性和侵蚀”。边坡 绿色防护是一项集岩土工程学、植物学、土壤学、肥料学、高分子化学和环 境生态学等学科于一体的综合工程技术。就植被护坡技术而言，其播种方式 经历了一个从单一的外来牧草播种到混合的牧草播种，再n # i - 来牧草种与木 本类秘予混合援释、镳植草皮发展到采用乡土的草、灌、花、本等混合播种； 其施工技术也从人工播种、铺檀草皮发展到机械喷播、草坪卷生产工厂化： 坡面的防护类型也经历了从土质路堤边坡到土质路堑边坡再到岩质路堑边 坡的发展过程。 对于岩石边坡，日本植被防护技术的研究和应用已走在世界各国的前 列，其植物护坡技术几乎与公路建设同步发展。1 9 8 0 年日本开始对岩质边 坡绿色防护技术进行研究开发，至今日本已在本国及国际上注册的植被护坡 的专利技术就达4 0 余项。其中2 0 世纪8 0 9 0 年代开发的泥浆喷播技术，采 用泥浆泵将沃土、稳定剂、草种等混合而成的浆体均匀地喷射到坡面上，较 好地解决了较平缓的贫瘠土质和破碎岩质边坡的绿化问题。厚层基材植被护 坡技术，日本从1 9 7 6 年开发至今，2 0 余年间作了大量的试验研究工作，仅 粘结剂，就有水泥、无机高分子聚合物浮液与凝聚剂的混合物，纤维有草本、 木本有机短纤维及连续纤维，基本材料有砂土、壤土及有机质土，较好地解 决了岩质等贫瘠高陡边坡的绿色防护问题。此外，对多气孔生态混凝土也做 了一定的研究工作，取得了一定的进展。据科技日报报道，日本鹿岛建 设公司开发出了表面可生长植物的环保混凝土。目前，日本不仅在新建公路、 铁路的边坡工程中广泛采用了植被绿色防护技术。而且对已建的圬工挡护工 程也在逐步拆除，用新型的植被护坡取代。从实际工程的应用情况看，岩石 边坡的绿色防护技术己可应用于坡度小于1 ：0 5 的软岩、中硬质岩、硬质 岩边坡及酸性、强酸性土质边坡的植被防护；此外，也可应用于喷射混凝土 防护的边坡及片石挡墙。欧美和日本等发达国家在工程建设项目开发中非常 重视保护生态环境，他们很好旱就将生态保护和生态恢复措施纳入了高速公 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 路、铁路等：r 程建设中，并为此进行了长期的研究和实践。如今这些国家已 基本废除了浆砌片石和喷射水泥砂浆护坡等破坏自然环境的工艺，在边坡防 护中取而代之的是各种柔性支护和绿化措施，并基本上实现了全路段绿化。 例如预应力锚索、土工织物、厚层基质喷播等与生态防护相结合的技术已经 成为他们设计、施工中的常规技术。岩石边坡的柔性防护、格笼防护、客土 喷播等技术已成为业内的常识。 1 2 2 铁路岩质边坡植被护坡( 或绿色防护) 现状 现阶段在铁路岩质边坡的绿色防护中，采用的主要防护技术有以下几种 防护方式：平铺草皮防护、液压喷播植草防护、植生带植草防护、土工合 成材料植草综合防护、0 h 液化学植草防护、岩质边坡喷混植生防护、厚层 基材喷射植被护坡技术。1 等，其中厚层基材喷射植被护坡技术是一种新的绿 色防护技术，其防护基理如下： 1 ) 技术原理 厚层基材喷射植被护坡是采用混凝土喷射机把有机基材与植被种子的 混合物按照设计厚度均匀喷射到需防护的工程坡面的绿色护坡技术。该技术 主要针对岩石边坡的植被防护而开发，属于一种有机基材喷播绿化技术，由 于喷在坡面上的基材有较大的厚度而得名。岩石边坡不同于土质边坡，目前 常用的植被护坡方法( 如撒播、液压喷播、植生带等) 无法应用于岩石边坡， 其原因是：1 ) 无植物生长所需的土壤环境，由于岩石坡度较大，即使坡面有 少量因岩石风化产生的土壤母质，也因雨水的冲刷而流失。2 ) 无法供给植物 生长所需的水分。3 ) 无法供给植物生长所需的养分。 厚层基材喷射植被护坡技术则通过在坡面喷附较厚一层结构类似于自然 土壤且能够贮存水分和养分的植物生长所需的基层材料，解决了岩石边坡无 法生长植物的难题。厚层基材喷射植被护坡的基本构造主要由锚杆、网和基 材混合物三部分组成。 a 、锚杆。用于深层稳定的边坡，其主要作用是将网固定在坡面上，根据 岩石坡面破碎状况，长度一般为3 0 6 0 c m ：用于深层不稳定的边坡，其 作用首先是加固不稳定边坡，其次是固定网，依据受力分析设计选型。 b 、网。依据边坡类型选用普通铁丝网、镀锌铁丝网或士工网。 c 、基材混合物。 由绿化基材、种植土、纤维和植被种子按一定的比例混合而成。 2 ) 基材混合物的作用 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 基材混合物由绿化基材、种植土、纤维和植被种子组成。 绿化基材的主要作用是： a 提供植物生长所需的合理物理结构： b 保证坡面基材混合物的稳定，抵抗雨水的侵蚀： c 提供植物长期生长所需的平衡养分： d 保障植物长期生长的水分平衡： e 封闭坡面，与植物共同作用，防止坡面的风化剥落。 种植士。 一般选择工程地原有的地表种植土粉碎风干过8 m m 筛即可。种植土 的主要作用是： a 、减小喷射到坡面的基材混合物的空隙，使其三相分布更合理： b 、同绿化基材共同促进喷射基材混合物团粒结构的形成。 纤维。 就地取秸秆、树枝等粉碎成1 0 1 5 r a m 长即可使用。纤维的主要作用是： a 、缓冲作用，以避免因喷枪口的压力过高导致喷射的基材混合物过实： b 、连结作用，增强基材混合物间的相互连结，提高其强度及抗侵蚀性。 1 2 3 铁路岩质边坡植被护坡的侵蚀现状 岩质边坡植被护坡工程中的坡面侵蚀是一个研究得少和研究程度低的 课题，本文是在借鉴土壤侵蚀等学科的基础上开展论文工作的。 在土壤侵蚀等学科中认为，坡面土壤侵蚀包括从土壤表面分离土壤物质 以及搬运这些土壤物质两方面。郑粉莉认为坡面侵蚀过程可分为4 个明显阶 段，即溅蚀阶段、细沟间侵蚀阶段、细沟侵蚀为主阶段、雨后径流侵蚀阶 段【”。实质上坡面土壤侵蚀过程就是分离和搬运的过程。雨滴打击力对土壤 的分离和搬运被认为是溅蚀，而土壤表面薄层水流对土粒的分离和搬运则被 认为是冲蚀。h u d s o n 认为雨滴打击土粒的分离能力远远高于薄层水流的分 离能力，因为降雨动能是表层水流势能的2 6 0 倍。但实际上通过雨滴击溅冲 刷的土粒是极少的，大多数土表疏松物是通过表层水流以细沟间侵蚀的方式 冲走。g u y 等认为8 5 的表层士壤是通过表层水流冲蚀掉的，只有1 5 的土 粒是直接被雨滴溅蚀的1 4 】。一般认为，雨滴打击使坡面表层土壤处于分散状 态，最初形成的地表径流将会带走大量泥沙，并随着坡度增大土壤侵蚀量将 会急副增加。降雨侵蚀能力取决于降雨特征 ”，国内外大量实测资料和试验表 明，降雨强度【6 】，特别是3 0 r a i n 雨强与土壤侵蚀量的相关性最好，降雨溅蚀 是坡面侵蚀的重要组成部分【6 】。细沟侵蚀对坡面侵蚀的发育演化有重要的潜 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 在影响【7 j 。 坡度是坡面土壤侵蚀中影响最大的因素，关于坡度与坡面土壤侵蚀的关 系国内己作了大量研究，如五十年代刘善建f 8 】指出，当坡度增加到1 5 以上 时，侵蚀量增加更为剧烈，并通过对天水水保站径流小区资料的分析，得出 坡度与冲刷呈指数相关。6 0 年代史德明【9 】等在江西长岗测定了紫色土不同条 件下的侵蚀量，发现在坡长相等的条件下，陡坡( 3 5 2 。) 比缓坡( 5 。) 的侵蚀量 多5 0 一8 0 。黄委会西峰水保站1 1 0 】和朱显漠【1 1 】等一致认为，黄土梁峁坡地 上的侵蚀量与坡度的幂相关，但各自求得的数值差别极大。陈永宗【1 2 j 、江 忠善1 1 3j 等根据各自掌握的资料，分别得到不同的经验公式。另外，在坡地 股流侵蚀研究中，仍有许多单因子分析模型。吴普特【1 4 l 等研究了薄层水流 的侵蚀动力、雨滴击溅和水流共同作用下地表坡度与坡面流侵蚀的关系，结 果表明：仅在薄层水流动力的作用下，侵蚀量随地表坡度增加呈幂函数增大： 在击溅和水流共同作用下，侵蚀量与地表坡度呈二次抛物线型关系。如果玻 度在较大范围内变化，应该存在一个临界坡度，l 临界坡度取值在理论上和实 践上都具有重要意义。目前对临界坡度的取值争论较大，一般认为在 2 0 。4 5 。之间i l “，也有人取6 0 。我国五十年代通过对黄土高原径流小区测 验资料得出，坡长与侵蚀量有时呈正向关系，有时呈反向关系，取决于降雨 特征【4 6 】。 本文通过对区域性降雨特征、降雨击溅侵蚀、细沟侵蚀、绿化坡面基材 的抗侵蚀性等方面的分析、统计、试验和实测，得出区域性坡面侵蚀状况。 现阶段的植被护坡中存在许多坡面侵蚀的现象，而坡面侵蚀容易造成边 坡的不稳定。这样的植被护坡达不到边坡绿色防护的宗旨，究其原因，一方 面与边坡绿色防护技术的理论不成熟有关，另方面与施工方法与施工技术 有关。面对于绿化后的边坡坡面的侵蚀问题，国内的研究还处于起步阶段， 在理论上还基本上是刚刚起步。但边坡坡面的侵蚀与边坡稳定和坡面绿化能 否保持长久是紧密相关的，因此，开展这方面的研究是有极其深远的现实意 义。 1 3 主要研究内容及研究方法 1 3 1 研究的主要内容 本论文主要的研究内容包括： 1 ) 雨滴击溅对绿化坡面的侵蚀作用。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 2 ) 降雨条件下的陡坡薄层坡面流对绿化坡面的侵蚀作用。 3 ) 植被护坡层的变形分析及坡面变形对坡面侵蚀的作用。 4 ) 如何能够增强植被护坡层的抗侵蚀性。 1 3 2 主要研究方法 本论文的主要研究对象是岩质边坡在植被护坡后的坡面侵蚀问题，植被 护坡后的岩质边坡中存在的坡面土壤侵蚀不同于一般的坡面土壤侵蚀，有其 自身的特殊性。 用于岩质边坡的绿化方法比较多，但目前比较适用的只有厚层基材一种 方法，对于厚层基材绿化的边坡面的侵蚀范围：坡面侵蚀的范围重点在厚层 基材表层的2 至3 c m 厚度内，也就是有种子存在的土层内，以保证种子的的 正常生长。发生坡面侵蚀的阶段主要是在草体覆盖坡面以前，这一阶段是坡 面侵蚀研究的重点。 岩质边坡植被护坡的坡面侵蚀是一个常见的侵蚀现象但又是一个研究 程度较低的课题，本论文以渝怀线试验工点为主，以遂( 遂宁) 渝( 重庆) 线和 赣( 赣州) 龙( 龙岩) 线为辅的野外工点调查和理论分析相结合的研究手段。从 现象到本质对植被护坡的侵蚀现象与机理进行了分析与研究。研究路线如 下： 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 图1 - 1 论文思路和主要内容 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 第二章岩质边坡植被护坡的坡面侵蚀 2 1 渝怀铁路工程简介 渝怀铁路( 重庆至湖南怀化) 是我国西部大开发中基础设施建设的标志 性工程之一，对加快西部地区开发，完善西南铁路路网布局，带动贫困山区 人民脱贫致富都具有重要意义。渝怀铁路由重庆枢纽段和正线两部分组成。 重庆枢纽段西连接襄渝线重庆市的团结村，东至鱼嘴站出站口，包括团结村 联络线、重庆西环到线，总计4 1 2 2 2 k m 。渝怀正线自鱼嘴站出站口始，至 湘黔线怀化站贵阳端终，包括怀化站西端下行引入线，总计5 8 3 。3 0 i k m 。全 线正线建筑长度6 2 4 5 2 3 k m ，运营长度6 0 3 5 8 9 k m ( 江北站至怀化站) 。 渝怀线沿线地形起伏大，穿越了丘陵区，峡谷区、低山区、中山区。地 层除石炭系外，从第四系至元古界，均有出露，以碎屑岩、可溶岩、变质岩 为主。沿线地形地质条件复杂，地质灾害发育。对于大型的地质灾害，铁路 上均采用绕避为主的原则，在初测和定测阶段线路都作了大量的绕避。现在 仍有影响的地质灾害见表2 一l 。 在渝怀铁路建设中，各施工单位把环境保护放在重要地位，积极采取有 力措施，加大环保投入，力争将这条铁路建设成为一条“绿色通道”。 为了把铁路建设给沿线生态环境的影响降到最低限度，国家在对渝怀铁 路近2 0 0 亿元的投资中有8 9 亿元专项用于环境保护，占整个项目的8 ， 比国内一般工程环保投入高出2 - 3 倍。 对铁路修建过程中形成的工程边坡进行绿色防护，是修建此绿色通道的 重中之重。 渝怀铁路全线的工程边坡的主要特点按其岩性组合，全线可分为下列几 种类型：鱼嘴至涪陵以软质岩顺层为主：涪陵至彭水、冯家坝至细沙以软质岩 和硬质岩互层为主：彭水至郁山，浴溪至龙潭以硬质岩顺层为主。硬质岩顺 层又可分为4 个亚类：厚层至块状自云岩、灰岩，节理不发育：中厚层状 灰岩、白云质灰岩，节理发育但层面凹凸不平：中厚层至薄层状灰岩，节 理发育层面光滑：中厚层状灰岩夹薄层页岩。前三种类型层间力学指标逐 渐降低，但受水的影响相对较小：后一种类型力学指标最低，有地下水活动 时层间力学指标降低较快。 重庆地区属南过渡带，月平均气温1 8 4 c ，月平均最高气温3 0 ，最 低气温8 ：年平均降雨量1 2 4 4 3 m m ，主要集中在每年的4 月一9 月。近5 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 年最长连续干旱时间为2 3 d ， 表2 1 空气相对湿度8 0 以上。 渝怀铁路主要地质灾害简表 类型简 况 滑坡沿线共有大小滑坡6 3 处，经初、定测后绕避了3 2 处对线路有危害的仍 有3 1 处。 岩堆及坡、沿线通过岩堆共有1 6 处，主要分布于乌江峡谷、越岭地段、锦江峡谷等 崩积层陡崖脚与软、硬质岩接触带附近。 危岩落石全线地形陡峻，危岩落石分布广泛，共1 3 段，3 0 8 7 k m 。主要分布于乌 江峡谷、越岭地段、锦江峡谷的陡岩，软、硬质岩接触带附近。 顺层及软全线顺层地段较长，累计长度4 3 6 3 8 k m 。全线通过的软质岩土要为妹罗 质岩高边系、志留系、寒武系的泥页岩、板岩等。深路堑地段边坡较高，路堑开 坡挖后，往往引起大范围的地面开裂和工程滑坡。顺层的危害主要表现在 路堑开挖切断坡角后。岩层沿层面发生顺层滑坡。 岩溶、岩溶 全线可溶岩地层分布广泛。可溶岩地段长3 1 5 3 k m ，占全线的5 4 ，其中 塌陷及表 隧道1 1 4 5 0 8 k m ( 5 9 条) ，路基1 2 3 3 3 7 k m ，其余为桥梁。 水漏失 线路在鱼嘴至涪陵傍长江河谷、涪陵至土坎段傍乌江峡谷行进，位于三 水库坍岸峡库区内。长江河谷段地形横坡较缓，对线路不够成威胁。鸟江河谷段 地形陡峻，地表多坡、崩积、块石土和盐溶角砾岩风化层，水库坍岸范 围宽，对线路影响大。 软土沿线共通过软十地段1 3 0 段，累计线路长度1 2 0 3 k r n 。 膨胀土沿线通过膨胀土地段1 3 处，累计线路长度4 9 4 6 k m 。主要为可溶岩地层 的红粘士，部分为泥灰岩、泥质灰岩、坡积层。 煤层瓦斯全线通过三个煤系地层，三叠系须家河组、二叠系吴家坪组、梁山组含 煤段。 为了对檀被护坡工程技术进行系统研究，本次在渝怀铁路选择4 个试验 点进行植被护坡的坡面侵蚀研究。 2 2 试验工点介绍 2 2 1 江北车站 2 2 1 1 地质条件 地层岩性： 上覆第四系人工填筑块石土及坡洪积、坡残积砂粘土，下伏紫红色泥岩 夹砂岩及砂岩。 块石土( q 一) ：棕褐色，紫红色，稍湿潮湿，块石含量约为6 0 ，石质以 砂、泥岩为主，厚2 1 5 m ，为人工填筑土，分布于路堤填方段，属i i i 级硬 土。 软土( q ，叫) ：棕褐色，硬“软塑状，质较纯，厚o 3 m ，分布于沟槽及鱼 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 塘底，属i 级松土。 砂粉土( q ，”7 ) ：紫红紫褐色，硬塑状，质较纯，夹有少量的泥质砂砾 由5 1 0 m m 。属i i 级普通士。 砂粘土( q ，“) ：棕红色，紫红色，硬塑状，质较纯，夹约2 0 砂泥岩碎 石角砾。厚0 2 m ，属i i 级普通土。 泥岩夹砂岩( j ：x s ) ，紫红色，泥岩夹黄色砂岩，泥岩为厚中厚层状， 表层风化剥落，呈碎石角砾状：砂岩薄层状，矿物成份以长石为主，石英等 次之，风化严重，风化带厚约卜3 m ，统属i v 级软石。 砂岩( 几x s ) 黄灰色，紫红色，中厚层状，以长石矿物为主，石英等次之。 中细粒结构，钙、泥质胶结，质较坚，风化颇重，风化层厚2 5 ，属v 级次 坚石。 泥页岩夹砂岩( j 2 s ) ，紫红色，青黑色，泥页岩此红色，薄层状，以粘土 矿物为主，岩层易风化剥落里碎屑状：砂岩呈薄一中厚层状，以长石矿物为 主，中细粒结构，厚约1 3 m ，统属i v 级软石。 地质构造： 地层成单斜构造，岩层产状n 3 0 ”7 0 。e 1 5 ”2 5 a s ，测得节理：n 8 0 。w 7 5 0 n ， n 2 0 0 e j _ ，n i o o w 7 1o n ，n 7 0 0 w j ，闭合到微张，贯穿性较差，间距o 5 1 5 m 。 段内地震基本烈度为六度。 水文地质条件： 该段地表水为沟槽中水，受大气降雨补给。水量不大，经取水分析，水 型为h c o ；、：。一c a 2 + 型，对混凝土无侵蚀性，地下水不发育。本段挖方 段左侧边坡普遍存在顺层，岩性以泥岩夹砂岩为主，工程挖方后存在顺层滑 动的可能性。 违诺藉蠡毒、多：，7 螂、荫器 ，7中 芒竺l 、田地、 ；：墨苎 圈2 1 ck20 + 079 填方路基边堆示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 2 2 1 2 边坡几何参数及采用的绿色防护类型 江北车站植被绿化分为两类，类是填方的路基边坡，采用骨架护坡， 客土液压喷播植草。另一类是开挖的路堑边坡，采用挂网喷射厚层基材护坡。 绿化效果见照片2 一l 、照片2 2 ，其典型的边坡断面图见图2 一l ，图2 2 ： 图2 2c k l9 + 4 6 0 挖方路堑边坡示意图 照片2 1 江北车站喷射厚层基材植被护坡 ( 摄于2 0 0 3 年3 月2 6 日) 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 照片2 - 2 江北车站喷射厚层基材植被护坡 ( 摄于2 0 0 3 年3 月2 6 日) 2 2 2 鱼嘴车站 2 2 2 1 地质条件 属低山丘陵沟槽地貌，丘陵沟槽相间，自然坡度1 0 ”3 0 0 ，海拔1 8 0 2 6 0 m 。 丘陵平缓，山顶浑圆，基岩大部裸露，平缓处多辟为旱地，沟槽中覆盖土较 厚，开辟为水田及水塘，植被发育一般。 地层岩性： 覆盖层为第四系坡洪积( q 叫) 、坡残积( q ，“) 、下伏基岩为侏罗系中 统沙溪庙组( s ) ，分述如下： 砂粘土( q f 叫) ：紫红色，棕红色，硬塑状，水田、塘中表层l m 内为软 塑状，厚2 “8 m ，属i i 级酱通，分布于沟槽中； 软砂粘土( q 掣叫) ：棕黄色，灰褐色，软塑状，分布于塘中，水田表层， 或夹层产出，厚0 4 m ，属i 能松土，分布于沟槽中； 砂粘土( q ? “) ：棕红色，棕黄色，硬塑半干硬状，夹1 0 1 5 砂岩、泥 岩质碎石角砾，巾0 2 9 c m ，厚0 2 m ，属i i 级普通土，分布于坡上； 泥岩夹灰岩( j 2 s ) ：鲜紫红色。灰紫色，泥岩，泥质结构，矿物成分以粘 土矿物为主，易软化，夹中厚层泥质砂岩，表层风化呈颗粒及土状，风化严 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 3 页 重带厚1 2 m ，统属i v 级软石。 砂岩( l s ) ：灰白色，灰紫包，细粉粒结构，中厚层状，钙质胶结，表 层风化呈沙土状，风化严重带厚o 、1j l 】，属v 数次坚石。 地质构造： 线路于d k 5 l + 6 0 2 与广福寺向斜7 0 0 斜交，向斜n w 翼岩层产状n 1 2 ”3 0 0 ， e 2 、4 7o s ，向斜s e 翼岩层产状n 1 8 ”3 6 0 ，e 1 2 ”1 3o n ，地层岩性以泥岩为主， 节理不甚发育。 水文地质条件： 地表水为沟槽及水塘中水。由大气降雨补给，旱季水量微弱，地下水不 发育。 2 2 2 2 边坡几何参数及采用的绿色防护类型 鱼嘴车站d i k 5 1 + 4 5 0 + 9 8 0 是长大深路堑，中心最大挖深为4 8 m ，其中 岩石部分中心最大开挖深度为1 8 m ，路堑开挖后暴露岩石边坡面积共有 1 2 8 5 3 m 2 。除地表层o 2 m 为覆盖的砂粘土，再下1 _ 5 m 为泥岩夹砂岩的w 。风 化严重带外其余为风化颇重带w ：。开挖后边坡中部以泥岩为主，n 1 5 0 w 9 0 0 、 n l o o w 9 0 0 、n 7 0 0 w 9 0 。，三组节理将岩层切割成块状，岩性主要为厚层砂岩， 节理不发育，岩质坚硬，有少量裂隙水。 d i k 5 l + 4 6 0 + 9 8 0 左侧长5 2 0 m 及d i k 5 1 + 5 3 0 + 9 3 0 右侧长4 0 0 m 的路堑边 坡( 砂岩) 设置锚杆挂网厚层基材( 见图2 - 3 ) 植被护坡，边坡坡率为1 ：0 7 5 ， 锚杆长度分别为1 6 m 和l ，3 m ，部分位于泥岩夹砂岩层中的厚层基材锚杆分 别加长至3 2 m 和1 6 m ，基材厚度l o o m ，挂风采用枣3 0 离镀锌机编铁丝网。 锚杆采用巾1 6 的i i 级螺纹钢筋。 d i k 5 1 + 4 5 0 + 9 8 0 左侧、d i k 5 1 + 4 5 0 + 7 4 0 右侧路堑二级、三级边坡及 d i k 5 1 + 5 0 0 设置拱形骨架内客土喷播植草护坡，主骨架间距5 m ，拱间净距 5 m 。 2 2 ，2 3 边坡绿色防护设计”“ 工程岩石路堑边坡采用厚层基材植被护坡边坡坡率为l ：0 ，7 5 。边坡 布设1 6 m 和3 2 m 长的庐1 6 的i i 级螺纹钢筋锚杆长短锚杆，间距均为2 o m ， 呈梅花形布置。挂网采用毋3 0 高镀锌机编铁丝网，镀锌铁丝抗拉强度不小于 3 8 0 m p a ，镀锌量不少于1 l o g m 2 ，网孔的联结结点采用三铰接。厚层基材喷 射厚度为l o c m ，分两次喷射，先喷射不含种子的厚层基材8 c m ，再喷射含有 种子的厚层基材2 c m 。配制的厚层基材基质应满足以下要求。 ( 1 ) 具有适宜于植物生长的三相分布结构，良好的透气性、团粒给化度 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 和酸碱度，即固、液、气三相体积比大致为1 ：o 5 - 2 ：l ，团粒给化度 6 0 ， p h 值为6 7 5 。 ( 2 ) 含有植物长期生长必须的平衡养分，有机质含量苫2 0 0m g k g ，有 效钾含量2 0 0g k g ，有效磷含量2 0m g k g 。 ( 3 ) 能保持植物所需水分的供给和较好的保水能力，种植基最大的有效 含水量 6 0 ，平均气温在2 2 ，自然风干条件下，种植基从田间持水量下 降至凋萎含水量的时间5 0 d 。 ( 4 ) 具有一定的强度和较强的抗暴雨冲蚀能力，要求在田间持水量条件 下，种植基快剪试验所测得的c 2 0 k p a ，妒3 0 6 ，在喷射施工完成1 2 h 后、 在雨量为2 5 0m m h 、持续降雨时间6 0m i n 的条件下，种植基累积流失量 1 2 0 0 9 m 2 。 根据厚层基材基质的配制要求和大量的人工生态土配合比试验研究，最 后确定鱼嘴车站岩石边坡人工岩石边坡人工生态土配合比如表2 2 所示。 表2 - 2 每m 2 人工生态土配合比 序号名称用量备注 l 有机质 1 2k g 2纤维5k g 粉碎成1 - 2c m 长 3 种植土0 0 6 m 3 ( 7 5 k g )风干过1c m x l c m 筛 4堆肥 5k g 5 保水剂 0 2 5k g 吸水倍率为4 0 0 倍，粗粒 6 粘结剂 0 。1 8k g 7 复合肥 0 6k g m ：，竹p ：m - 1 5 ：1 3 ：1 5 8 杀菌剂 0 0 9g 广谱 根据工程所在地的气候等条件，护坡内的混合草种选用高羊茅、草地早 熟禾、狗牙根和黑麦草等，并按比例混合，比例用量见表2 - 3 。 表2 鱼嘴车站岩石边坡混合草种用量g m 2 高羊茅草地早熟禾狗牙根黑麦草 2 0565 绿化效果见照片2 3 ，其典型的边坡断面图见图2 - 3 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 图2 3d i k 5 1 + 6 4 0 挖方边坡断面示意图 照片2 - 3 鱼嘴车站喷射厚层基材植被护坡 ( 摄于2 0 0 3 年3 月2 6 日) 缱 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 2 2 3 武隆车站 2 2 3 1 地质条件 测段属低中山剥蚀缓丘地貌，位于乌江左岸，斜坡地带，距趴武隆县 5 0 0 m ，自然坡度5 1 5 度，相对高差大于1 5 0 m ，基岩零星出露，地表以早 地，水田为主，部分树林。 地层岩性： 上覆第四系全新统冲洪积( q 4 a l + p 1 ) 、坡残积( q 4 d l + e 1 ) ，滑坡堆积( q 4 如1 ) 的粘 性土、碎石类土及砂岩士，下伏基岩为侏罗系中、下统綦江组、珍珠冲组( j 1 2 q ”) 的泥岩，砂岩和页岩互层，现将各地层岩性分述如下： 砂粘( q 4 s l + p 1 ：褐黄，棕黄色，硬塑，含少量碎石角砾，局部粘性强， 用手扳断困难，其表层少许为软塑状种植土，含腐植物根，分布于沿江缓坡 地带，属i i 级普通土。 泥岩砂岩页岩( ，搿) ：泥岩为紫红，暗红，灰白色，质软，砂岩为黄灰， 青灰色，质坚硬，页岩为黑灰，灰褐色，质较硬，该地层各岩性呈互层状。 照片2 - 4 武隆车站路堤边坡骨架植被护坡 ( 摄于2 0 0 5 年3 月2 4 日) 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 照片2 - 5 武隆车站喷射厚层基材植被护坡 ( 摄于2 0 0 5 年3 月2 4 日) 地质构造： 地质构造主要为武隆向斜，其轴部位于线路d k l 9 8 + 8 5 0 附近，走向北 3 5 度东，向n e 方向倾伏，与线路基本垂直，核部地层岩性为侏罗系中下统 綦江组、珍珠冲组( ，饕) 泥岩，砂岩、页岩互层。该向斜核部地层平缓而开 阔，两翼呈不对称，受附近构造影响，其轴部和南东翼地层产状多扭曲。 水文条件： 地表水主要为乌江水和沟水，水量受季节控制，大气降水补给，沿冲沟 排泄乌江。地下水为第四系土层之少量孔隙潜水，为村民部分用水，经取 d k l 9 8 + 5 0 0 左3 3 m 沟水试验分析，属h c o ；+ 阳：一一c a2 + + k + n a + 型水，无侵 蚀性。 2 2 3 ，2 边坡的几何参数及采用的绿色防护类型 武隆车站处于乌江左岸斜坡地带，此段采用挖方形式通过，挖方边坡采 锚杆挂网后用厚层基材绿色防护。典型断面见图2 4 所示。挖方后边坡见照 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 8 页 片2 - 4 。 图2 4d k l 9 8 + 8 5 0 挖方边坡断面示意图 3 8 2 2 4 高谷车站 2 2 4 1 地质条件 该站地处高谷镇乌江对岸。属中低山，低山峡谷剥蚀地貌区，地面标高 2 0 0 3 5 0 m ，自然横度2 0 - 4 0 度。3 1 9 国道及乌江位于线路左侧，距线位近， 交通方便，线位附近居民点集中。缓坡地段以旱缝为主，部分地段分布丛林， 植被良好。 地层岩性： 测区乌江河床内沉积5 2 0 m 厚第中系全新冲积( q 掣) 卵石土，对工程影 响不大。缓坡地段及公路边分布第四系全新统人工填筑碎石土( o f 。) ，坡积 ( q ：d i ) 砂粘土、碎石土、块石土，坡残积( q “) 粘土、砂粘土。下伏基岩为 奥陶系下统分乡组、红花园组( d ? “) 灰岩夹页岩、页岩夹灰岩。岩性分述 如下： 人工填筑土( q 7 7 ) ：以碎石土为主，黄褐灰褐色，中密、潮湿状，碎 石占6 0 7 0 ，灰岩、页岩质。余为砂粘土、块石充填。分布于3 1 9 国道附近。 厚2 8 m 。属i i 级普通土。 卵石土( 饼。) ：灰深灰色，中密、饱和状，卵石占5 0 7 0 ，, 2 0 2 0 0 m m ， 磨圆度好，其余为砂类土圆砾土、漂石土、块石土、粘性土充填。分选性 西南交通大学硕士研究生学位论文 第19 页 大部分地段差。卵石以灰岩、砂岩为主。分布于乌江河床内，厚5 “2 0 m 。属 i i 级普通土。 砂粘土( q ，) ：棕黄、褐黄、灰黄色，硬塑状，局部软塑状，含灰岩、页 岩质碎石、角砾少许，分布于沟槽及缓坡地段。少部分地段夹粘土、角砾土 透镜体。厚1 2 5 m ，属i i 级普通土。 碎石土( q ) ：棕黄、褐黄、灰黄色，中密潮湿状。碎石占5 0 6 0 ， 中2 0 1 2 0 m m ，页岩质，质软，余为砂粘土，角砾土充填。呈透镜体状分布于 砂粘土( q ，) 层内，厚o 5 m ，属i i 级普通土。 块石土( q ) ：灰青灰色，局部棕黄色，中密、潮湿状，块石灰岩质， 占8 0 ，乖2 0 0 2 0 0 0 r n m ，余为粘性士充填。呈透镜体状分布于砂粘土( q ) 层 内，厚0 “7 m ，属i i i 级硬土。 粘土( q ? “) ：灰灰黄色，硬塑状，夹2 0 4 0 灰岩质碎石角砾， 由2 6 0 m m 。部分地段夹少许块石。分布于灰岩出嚣地段缓坡表。厚o 。2 m ，局 部厚度大于2 m 。属i i 级普通土。 照片2 - 6 高谷车站路堑边坡骨架植被护坡 ( 摄于2 0 0 5 年3 月2 4 日) 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 砂粘土( q “) ：灰、灰黄、褐黄色，硬塑状，夹2 0 4 0 页岩碎石、角 砾，巾2 6 0 m m 。分布于页岩出露地段缓坡表。厚o 2 m ，局部大于2 m 。属i i 级普通土。 灰岩夹页岩( o f “) ：灰岩，灰深灰色，中厚层状，微晶结构，质坚性 脆，节理裂隙发育，颇重风化( w 。) 。溶蚀严重，地表溶沟、溶槽多见，钻探 时溶洞多见，多有粘性土充填。夹少许小于l m 的褐黄、灰黄色泥质页岩。 属v 级次坚石。 页岩夹灰岩( o ，“) ：页岩、灰黄、棕黄、褐黄色，薄层状，泥钙质胶结。 页理清晰，质软，易风化剥落，节理裂隙发育。极严重风化带( 形) ，干钻 探岩心呈密实角砾土状，原岩结构明显，厚般o 6 m ，局部厚达1 2 3 0 m 。 属i i 级普通土。严重风化带( 暇) 呈碎块石夹土状，质软，岩体破碎，厚0 7 m ， 属i i i 级硬土。颇重风化带( ) 节理裂隙发育，岩体完整，属i v 级软石。 该层夹中厚层状灰深灰色灰岩。 照片2 - 7 高谷车站液压喷播植被护坡 ( 摄于2 0 0 5 年3 月2 4 日) 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 1 页 地质构造： 此段处于高谷背斜s e 翼单斜构造上。岩体节理裂隙发育，断裂构造有 高谷1 # 、2 # 逆断层。 高谷l # 逆断层：发育于d k 2 3 1 + 2 7 5 ，与线路夹角约6 l 度，产状 n 2 lo w 6 9 0 s w ，发育于d j “灰岩夹页岩地层中。该断层在3 1 9 国道苗林隧道 附近表现较为明显。断层将两侧岩体错断，上盘岩体倾角缓，为n 6 0 0 e 2 1o n w ， n 8 0 w 2 4 0 s w ，下盘岩体倾角大，产状为n 1 4 0 w 7 2 。s w ，n 6 3 0 w 8 4 0 s w 。断层带附 近可见岩体被挤压后极为破碎，灰岩陡立，相对于页岩完整性好。破碎带不 明显。线位车站路基通过，对工程影响不大。 高谷2 # 逆断层：发育于o k 2 3 1 + 8 1 8 ，与线路夹角约6 0 。，产状n 2 3 。w 7 0 0 n e 。 主要特征为：乌江岸边将0 j “灰岩夹页岩地层错断。两侧岩体产状变化极 大，其n e 盘( 上升盘) 产状为n 1 4 0 w 8 6 0 s w ，s w 盘( 下降盘) 岩层产状为 n 2 5 。w 5 2 0 n e ，在线路右侧表现为d ，“页岩错断，同时将d ，“