紅黏土邊坡植物固坡研究進展

蘇瑩++韋武昌++封聲鳳

摘要：指出了隨著公路、鐵路等交通設施及大量基礎設施的建設形成了邊坡，越來越多的國內外專家學者對此開展了針對邊坡植物的研究，取得了一系列的成果，總結了現有的研究成果，分析了國內研究的不足，以期為紅黏土地區植物固坡提供更多、更好的理論與技術參考。

關鍵詞：紅黏土； 植物固坡； 力學機理

中圖分類號：U213.1+58

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2017）10017102

1 引言

在我國西部地區公路、鐵路等交通設施及大量基礎設施的建設快速發展，工程中大量的深挖高填，造成大量的裸露土坡和巖石邊坡，這些邊坡如缺乏必要的保護措施存在如滑坡、坍塌、泥石流等安全隱患影響到交通的暢通和人民生命財產的安全。與噴漿掛網、錨索抗滑樁等工程措施相比，植物護坡措施因其具有生態環保、可持續利用等優勢，越來越流行。云南、貴州和廣西大量分部紅黏土，研究紅黏土地區邊坡植物護坡對該區域的邊坡防治具有一定的意義。

2 紅黏土研究現狀與主要問題

紅黏土物理性質不良但力學特性較好，是良好天然地基和較好的路基填料，同時，也因其脹縮性、裂隙性與分布不均勻性等問題而存有很大的工程隱患。

2.1 紅黏土成因與微觀結構研究

廖義玲系統研究紅粘土的成因，周遠忠通過紅粘土微觀模型研究紅粘土的發育過程[1，2]。李景陽通過掃描電鏡和X射線能譜對殘積紅粘土微觀結構進行了分類研究[3]。談云志、孔令偉等分析不同干密度與含水率紅黏土的孔隙結構特征，以對比原狀樣與擊實樣的異同[4]；崔德山等研究了ISS改良添加劑對紅黏土微觀孔隙的影響[5]。一些學者針對不同地區紅黏土，采用微觀試驗分析工程地質特性，對土性有了進一步認識[6]。但對紅黏土工程特性的微觀機理論證仍停留在定性分析，定量評價則需更深入探討。

2.2 紅黏土力學性質研究

國內眾多學者對紅黏土的力學性能的研究，獲得了較多研究成果。趙穎文等對廣西地區紅粘土實驗研究其力學性能與孔徑分布特征與含水量之間的關系[7，8]。黃質宏等通過對裂隙發育紅粘土進行力學實驗提出了裂隙紅粘土力學性質評價事項[9]。歐孝奪比較了紅粘土和膨脹土熱力學特性，認為紅粘土較敏感[10]。廖義玲等研究了中國南方紅黏土工程屬性的變化規律，表明紅黏土厚度的突變對不均勻沉降有較大的影響[11]。柏巍等通過試驗得出紅黏土地基承載力和變形模量在橫向和垂向上的變化規律[12]。柏巍，談云志，孔令偉等利用改進的濕化變形裝置推導出：喪失基質吸力與濕化變形的定量關系[13]。李龍起等對原狀和重塑紅黏土進行相關試驗，得出紅黏土土體非飽和特性[14]。歐傳景，韋昌富等研究了探討吸力與非飽和紅黏土含水率之間的關系[15]。白冰對溫度和圍壓耦合作用下飽和紅黏土的熱力學特性進行了研究[16]。穆坤探究了干濕循環過程對紅黏土長期性能的影響規律[17]。總體看，對紅粘土的研究工作雖已有較多的成果，仍需加強對紅黏土力學響應與不同地段不同氣候災害防治的試驗研究。

3 植物固坡研究現狀與主要問題

植物固坡技術是利用植株根系涵水固土性能以穩固邊坡結構同時提高環境效果的新方法。與傳統工程固坡相比，植樹固坡更加安全、經濟、環保，在加固邊坡同時也能夠產生一定的社會效益。

3.1 固坡植物種類選擇的研究

邊坡特性和坡面物理環境各有不同，而植物對邊坡的固坡機理也有所不同，所以根據邊坡特性和氣候選擇相應的固坡植物是植物固坡的重要因素。余海龍等研究了不同時期的土壤性狀和植物群落特征[18]。葉文培研究自然恢復過程中植被結構動態和生物量變化[19]。楊喜田通過分析不同群落植物的生態穩定性得出：植物以鄉土植物為主更能達到護坡和景觀要求[20]。李紹平，宋鳳鳴等選擇8種喬灌木種子與2種草本種子混播試驗得到合適的喬灌草混播[21，22]。吳宏偉探討了不同種類植物的土體水力特性的影響機理[23]。

3.2 植物固坡力學機理的研究

近年來，國內外對于植被根系固坡性能的研究取得豐碩的成果。Schimit 等運用Wu-Waldron模型對12種喬灌植物的固土效應進行了研究[24]。Fan建立了ΔS與剪切位移間的關系，補充修正了Wu-Waldron 模型[25]。熊燕梅發現Wu-Waldron 模型在評價植物根系的固土效應純在一定局限性[26]。謝州等修正了屈服面方程中抗剪強度指標和黏滯性參數，與實際數據擬合程度較好[27]。周云艷通過對含根土樣和素土樣在現場原位剪切試驗，分析評價植物根系的固土護坡效應[28]。數值模擬能夠較為直觀、高效地研究植物根系固土性能。肖本林等對刺槐林邊坡的應力應變場進行了模擬[29]。嵇曉雷等用 ABAQUAS模擬夾竹桃根系對邊坡表層土體穩定性的影響[30]。陶嗣巍等將有限元模型與實驗值對比，認為剛性連接模型能較好地模擬根土作用關系[31]。

4 結語

目前，對紅黏土和植物固坡的研究已取得了大量的研究成果。但是，針對與紅黏土地區的這種特殊土的植物選擇以及植物固坡性能研究的文獻不多。植物固坡技術以植物根系的加筋、錨固作用以及植物蒸騰來維護邊坡穩定，所以研究植物在紅黏土地區的固坡技術有較大的意義。筆者收集了近年來在紅黏土及植物固坡的研究情況，以期為紅黏土地區植物固坡提供更多、更好的理論與技術的參考。

參考文獻：

[1]

廖義玲，畢慶濤，姜國萍.碳酸鹽巖地表巖溶與紅粘土[J].地球與環境，2005，33（4）：13～19.

[2]周遠忠，劉新榮，張 梁.紅粘土微觀結構模型及其工程力學效應分析[J]. 地下空間與工程學報，2012，8（4）：726～731.

[3]李景陽，朱立軍，梁 風，等.碳酸鹽巖殘積紅粘土微觀結構的掃描電鏡研究[J].中國巖溶，2002，21（4）：233～237.

[4]談云志， 孔令偉， 郭愛國，等.壓實過程對紅黏土的孔隙分布影響研究[J]. 巖土力學，2010，31（5）：1427～1430.

[5]崔德山，項 偉.ISS加固紅色黏土的孔隙分布試驗研究[J].巖土力學，2010，31（10）：3096～3100.

[6]熊探宇，張永雙，曲永新，等.滇西北紅黏土的工程地質特性及其災害效應[J].地質通報，2008，27（11）：1894～1899.

[7]趙穎文，孔令偉，郭愛國，等.廣西原狀紅黏土力學性狀與水敏性特征[J].巖土力學，2003，24（4）：568～572.

[8]趙穎文，孔令偉，郭愛國，等.廣西紅黏土擊實樣強度特性與脹縮性能[J].巖土力學，2004，25（3）：369～373.

[9]黃質宏，朱立軍，廖義玲，等.裂隙發育紅黏土力學特征研究[J].工程勘察，2004（4）：9～12.

[10]歐孝奪，吳 恒，周 東.廣西紅黏土和膨脹土熱力學特性的比較研究[J].巖土力學，2005，26（7）：1068～1072.

[11]廖義玲，賀 珺，秦 剛，等.中國南方紅黏土工程屬性的變化規律[J].貴州科學，2008，26（4）：53～58.

[12]柏巍，孔令偉，郭愛國，等.紅黏土地基承載力和變形參數的空間分布特征分析[J].巖土力學，2010，31（增2）：164～169.

[13]談云志，孔令偉，郭愛國，等.壓實紅黏土的濕化變形試驗研究[J].巖土工程學報，2011，33（3）：483～489.

[14]李龍起，羅書學，姜 紅.非飽和紅黏土土水特性及強度特征研究[J].西南交通大學學報，2014，49（3）：393～398.

[15]歐傳景，韋昌富，顏榮濤，等. 高吸力下廣西重塑紅黏土吸力與含水率關系試驗研究[J]. 巖土工程學報， 2015（s2）：32～36.

[16]白 冰，趙曉龍，許 韜. 多級升溫及降溫引起的飽和紅黏土的熱響應試驗研究[J].巖土力學， 2016，37（1）：25～32.

[17] 穆 坤，孔令偉，張先偉，等. 紅黏土工程性狀的干濕循環效應試驗研究[J]. 巖土力學， 2016，37（8）：2247～2253.

[18]余海龍，顧 衛，江 源，等.半干旱區高速公路邊坡不同年代人工植被群落特征及其土壤特性研究[J].中國生態農業學報， 2007，15（6）：22～25.

[19]葉文培，李先琨，呂仕洪，等.漓江流域紅壤區生態恢復過程中植被結構動態和生物量變化[J].生態與農村環境學報， 2006， 22（1）：5～10.

[20]楊喜田，趙 寧，董惠英.論厚層客土噴播技術的植物群落目標設定和植物種選配[J].中國水土保持科學，2006，4（1）：70.

[21]李紹平，祝小科，張曉龍.貴州高速公路邊坡綠化常用的喬灌草植物種子混播試驗研究[J].貴州林業科技，2012，40（1）：1.

[22]宋鳳鳴，劉建華，錢瑭璜，等.8 種鄉土植物在邊坡植被恢復工程中的應用[J]. 中國水土保持科學，2016，14（4）：134～141.

[23]吳宏偉.大氣–植被–土體相互作用：理論與機理[J]. 巖土工程學報，2017，39（1）：1～47.

[24]Schmidt K M，Roerring J J，Stock J D，et al. The variability of root cohesion as an influence on shallow landslide susceptibility in the Oregon Coast Range[J]. Canadian Geotechnical Journal，2001，38（5）：995～1024.

[25]Fan C C. A displacement-based model for estimating the shear re-sistance of root-permeated soils[J]. Plant and Soil，2012，355（1～2）：103～119.

[26]熊燕梅，夏漢平，李志安，等.植物根系固坡抗蝕的效應與機理研究進展[J]. 應用生態學報，2007，18（4）： 895～904.

[27]謝 州，朱紅亮，饒志剛，等.根系固土岸坡的滑移變形模擬[J]. 四川大學學報（工程科學版），2012，44（S1）：89～92.

[28]周云艷，陳建平，楊 倩，等. 植物根系固土護坡效應的原位測定[J].北京林業大學學報，2010，32（6）：66～70.

[29]肖本林，羅壽龍，陳 軍，等.根系生態護坡的有限元分析[J].巖土力學，2011，32（6）：1881～1885.

[30]嵇曉雷，楊 平. 基于根系形態的根系固坡作用數值分析[J].南京林業大學學報（自然科學版），2013，37（2）：113～117.

[31]陶嗣巍，趙 東. 根土相互作用關系對樹干振動特性的影響[J]. 南京林業大學學報（自然科學版），2013，37 （6）：77～81.