植被護坡在水流沖刷作用下的穩(wěn)定性研究

左蓓蓓

摘 要：現(xiàn)在我國生態(tài)環(huán)保事業(yè)在不斷的發(fā)展，水利事業(yè)的投資力度也在不斷的加大，現(xiàn)在植被護坡已經(jīng)被逐漸的應用在護坡的工程中，在這樣的情況下，就要充分的考慮到植被護坡的穩(wěn)定性，尤其是在水流沖刷的過程中，對植被的穩(wěn)定性也會有著一定的影響，會受到一定的沖蝕或者是浸潤，在水流的影響下，就極容易導致邊坡滑坡的現(xiàn)象，導致植被的穩(wěn)定性較差。因此要對植被護坡在水流沖刷作用下的穩(wěn)定性進行研究，增加植被的固土護坡的作用。

關鍵詞：植被護坡；水流沖刷；穩(wěn)定性研究

植被護坡就是指使用活的植被來保護人工的邊坡，在這樣的情況下，就可以減輕坡面的不穩(wěn)定性，而且邊坡也會受到侵蝕。植被護坡的研究需要結合水流沖刷進行研究，因為植被護坡在中小河流中的應用是極為重要的，因此植被的穩(wěn)定性會受到河流沖刷的影響。本文就是對植被護坡在水流沖刷下的穩(wěn)定性進行研究，結合現(xiàn)在我國的國家標準進行研究，為相關行業(yè)的發(fā)展做出貢獻，促進植被穩(wěn)定性的發(fā)揮。

1 邊坡穩(wěn)定性研究

邊坡的穩(wěn)定性就是指滑動面上的滑動力和抗滑力的比值，這一比值也被叫做抗滑穩(wěn)定性系數(shù)。這一比值如果越大就說明了邊坡越穩(wěn)定，如果比值越小，就說明邊坡越不穩(wěn)定。針對邊坡的穩(wěn)定性進行評價，經(jīng)常使用的方法主要有四種：（1）定性分析法，這種方法就是對邊坡的地質環(huán)境、地質歷史、地質結構、變形狀態(tài)和穩(wěn)定性進行詳細的分析，針對這些具體性的因素來判斷穩(wěn)定的狀況和邊坡的演變。（2）極限平衡法，這種方法就是對可能性滑動面進行具體的分析，將滑動面上的應力轉化為一種均勻分布的狀態(tài)，在這樣的情況下，就能夠將邊坡穩(wěn)定性系數(shù)計算出來。（3）數(shù)值分析法，這種方法就是利用有限單元分析法，將應力場和邊坡位移場首先計算出來，之后就利用巖石對可能性滑動面和各個單元之間的穩(wěn)定性系數(shù)。

2 基于土壤黏聚力C、內摩擦角ψ的剪切試驗

通過對土壤黏聚力C和內摩擦角ψ的研究，有很多的學者都進行了有根系和無根系邊坡的巖土抗剪強度的試驗，得出的結果是黏聚力C、內摩擦角ψ和和含根量有著緊密的聯(lián)系，而且黏聚力會隨著含根量的增加而不斷的增加，內摩擦角在含根量變化的情況下，沒有顯著的變化。通過相關的學者進行充分的研究，抗剪強度和土壤的含根量有著緊密的聯(lián)系，而且狗牙根的根系可以提高土體的抗剪強度，而且根土復合體自身的抗剪強度也會隨著含根量的不斷增加而增加，但是如果含根量含根量達到了一定的值的時候，根土復合體的強度增加的幅度并不明顯，也就是說在含根量的區(qū)域達到了0.3%～0.4%，有很多的學者就指出了香根草有著加筋的作用，可以增加土壤的黏聚力，也就是說土壤的延伸性和抗剪強度會增加，也就是說可以利用種植香根草的方法來進行邊坡的防護。

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，根的強度如果達到了70MPa，那么土壤的抗剪強度增加的幅度就會與單位體積土中根的重量成正比。而根的存在也就在一定程度上提高了淺層的土層的穩(wěn)定性，淺層的土層一般H<1m，但是如果H>1，那么根的加筋作用就會逐漸的減弱，最終會消失，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因是隨著深度的不斷增加，黏聚力對總體土的抗剪強度的貢獻就會減少。

通過對人工添加固有根系、少根系和缺少根系這三種土壤進行充分的分析，按照不同的土壤類型進行崩解、貫入和濺蝕等試驗，發(fā)現(xiàn)了有著植物根系的土壤在崩解速率上會明顯的快于缺少根系或者是少根系的土壤，但是根系的多少和貫入、濺蝕是沒有任何關系的貫入主要是與土壤顆粒的組成有著緊密的關系。利用植被的根系可以提高土壤的抗沖刷能力，而且地下部分的根系對沖刷量起著決定性的作用，出現(xiàn)這種原因主要是因為根系在盤繞著土體，這樣土壤的抗沖刷能力就會不斷的增加，在研究整個過程中，也可以得到以下的結論：那就是有根系的土壤會比無根系的土壤承受的剪力位移要大。

3 植被護坡在徑流沖刷下的穩(wěn)定性研究

有很多的學者在研究的過程中，通過水槽試驗來進行河道徑流的模擬，這樣就可以得到平床各個邊坡的臨界破壞流速值，這樣就可以得出臨界沖刷破壞摩阻流速在0.032-0.033m/s之間：同時得出通過比較現(xiàn)場水流的摩阻流速和試驗確定的臨界摩阻流速可以判斷現(xiàn)場條件下是否因沖刷而造成失穩(wěn)。邊坡滑動破壞僅發(fā)生在邊坡頂層，并不影響邊坡的整體穩(wěn)定性。有學者從坡面侵蝕的角度，通過降雨及直接徑流沖刷條件下的坡面侵蝕試驗，研究坡面侵蝕過程和沖刷流速（量）、侵蝕率與坡面微地形分形特征之間的關系，結果表明侵蝕坡面地形分維值與沖刷流量和坡度存在明顯的相關關系，把流速和坡面侵蝕率作為坡面地形演變的直接指標，均存在分維值隨其先增大后減小的規(guī)律。

有學者以徑流沖刷模擬試驗為研究手段，研究不同流量和不同坡度組合條件下坡面侵蝕過程中徑流剪切力的分布特征，并對應分析土壤剝蝕率與各階段徑漉臨界剪切力的相關關系。結果表明徑流剪切力和土壤剝蝕率隨沖刷流量的增加而增加.隨坡度的變化受臨界坡角影響，同時得出坡面產生淺溝時在20°和30°之間存在臨界坡角。有學者試驗表明.土壤剝蝕率是坡度和流量的冪函數(shù)墑自著坡度和流量的增大而增加；坡度和流量與土壤剝蝕率之間呈顯著相關關系，流量對土壤剝蝕率的影響明顯大于坡度：土壤剝蝕率隨著水流剪切力的增大而增加，兩者呈冪函數(shù)關系，利用水流剪切力可以更準確地預測土壤剝蝕率。同時指出21°是徑流剝蝕土壤的臨界坡角。另有學者的研究也表明，以面蝕為主.臨界坡角為22°～26°。

對于附有土工格室的黃土路堤邊坡，有學者試驗得出，土工格室可以提高抗沖蝕能力40%，格室對于沖溝的形成可以起到很大的抑制作用.試驗同時得出了各時段有無格室累計沖蝕量及沖蝕降低率變化。而另有學者的試驗得出土工織物加筋草皮護坡比普通草皮護坡具有更高的抗沖刷能力。同時指出，坡上受沖刷破壞的程度與土類密切相關，對于水上坡是否防護取決于雨強。對于水下坡，則要看水流流速的大小，并分別給出水上坡滿足防沖要求的雨強-粒徑曲線，以及水下坡流速-粒徑曲線。

4 結論

從現(xiàn)有資料看.人們對植被護坡技術的研究還停留在定性認識階段，而定量地分析植被是如何護坡并且有多大程度的防護以及其經(jīng)濟可行性等還沒有得到很好的研究。本文總結國內學者對水流沖刷作用下的植被護坡穩(wěn)定性研究的成果，從土壤的物理特性、降雨沖刷、徑流沖刷三個方面分別整理匯總了學者們的研究精華，期望以此推動植被護坡技術標準化工作的進一步實施。

參考文獻

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