蔣明慧 余青霖 吉鑫淼

【摘要】運用室內(nèi)模型試驗對粘性土邊坡護坡植草的抗雨水沖刷的能力進行研究，探討比較了植被在抗沖刷過程中，葉冠對雨水的截留和根系對土壤的加固作用效應，最后，比較了三種植被護坡抗雨水沖刷的作用效果。

【關鍵詞】模型試驗 抗沖刷 植被護坡

一、引言

環(huán)境污染和生態(tài)破壞是人類面臨的重大社會問題之一，隨著社會日益發(fā)展，基礎設施建設數(shù)量增多，由此伴隨的工程項目開發(fā)和環(huán)境保護兼顧成為所有工程人必須關注和重視的問題。在公路、鐵路、水電等工程建設中，需開挖大量邊坡，邊坡的開挖會破壞原有的植被覆蓋層，從而出現(xiàn)大量的次生裸地及嚴重的水土流失現(xiàn)象，加劇生態(tài)系統(tǒng)的退化。降雨作為引起泥石流的主要因素之一，降雨過程中，雨水會對土質(zhì)邊坡造成沖刷，沖走坡面表層土體甚至引發(fā)大面積土體滑落，影響安全，因此采用合理的方法對邊坡進行抗沖刷防護是非常必要的。生態(tài)防護技術(shù)既有抗沖刷的功能又有一定的綠化效果，是較為理想的邊坡防護手段。對于植被的護坡功能，主要體現(xiàn)在根系對土體的加筋和錨固，葉冠的降雨截留，削弱濺蝕，以及降低坡體孔隙水壓力的作用。對采用葉面肥大、根系發(fā)達和兩種植物間隔種植三種植被形式的植被護坡邊坡進行室內(nèi)沖刷試驗對比研究，分析根系和葉冠的抗沖刷效果，為護坡植被的品種選擇做出一定的依據(jù)。

二、邊坡沖刷機理分析

裸露的坡地受到雨滴的擊濺而引起的土壤侵蝕現(xiàn)象稱為濺蝕，它是降雨導致土壤侵蝕的第一個階段。雨滴以7～9m/s的平均速度落向土質(zhì)坡面，產(chǎn)生巨大沖擊力，致使土顆粒濺起的現(xiàn)象成為濺蝕。雨滴對邊坡的作用主要分為三個階段：干土濺散階段，降雨初期，土體結(jié)構(gòu)此階段未受破壞;泥漿濺散階段，此階段邊坡結(jié)構(gòu)遭到破壞;層狀侵蝕階段，既是向地表徑流轉(zhuǎn)換的過渡階段，也是濺蝕引起沖刷較嚴重的階段。由此可知，徑流形成前的降雨在整個降雨過程中作用雖小，但它不僅是沖刷形成的必要條件，也是整個沖刷破壞的催化劑。

植被護坡就是利用植被的涵水固土原理來進行邊坡加固及坡面防護，控制坡面侵蝕，防治水土流失，保護生態(tài)環(huán)境。植被護坡的機制主要為：木本植物深根對邊坡土體起錨固作用;草本植物的短根對土體起加筋作用;植被葉片的覆蓋層可以減緩雨滴對坡面的沖擊力，減弱降雨對坡面的沖刷作用。植被在預防降雨對邊坡坡面的沖刷作用中的特點主要有：植被護坡在初始時作用力較弱，但隨著植物的生長，作用力逐漸加強;植被根系作用力及作用范圍受限于植物本身生長狀況;植被護坡要求邊坡處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。

（1）物理性質(zhì)。試驗用土質(zhì)是砂土和黏土的比例為1：5的復合土，邊坡的初始含水率在37.24%，液限49%，塑限24.8%，含水量、塑性指數(shù)和液性指數(shù)對黏性土邊坡的工程性質(zhì)有著極大的影響。

（2）復合土力學性質(zhì)。土的力學性質(zhì)隨含水量大小而變化，黏性土具有粘聚力，其抗剪強度由粘聚力和內(nèi)摩擦阻力兩部分組成，其計算公式為r=o tanФ+c（其中，Ф為內(nèi)摩擦角，c為粘聚力）。通過進行黏性土樣的直接剪切試驗，可得出黏土邊坡的力學指標內(nèi)摩擦角為19°，粘聚力為8.7 kpa。黏土的力學指標受到物理特性含水率的影響，故了解復合土的物理、力學性質(zhì)是為室內(nèi)模型試驗提供理論支持。

三、室內(nèi)模型實驗

試驗用模型箱尺寸采用長寬高分別為900mm×900mmX300mm。模型箱材質(zhì)選用木材進行加工，為保證土質(zhì)邊坡坡度，將模型箱后方墊上兩塊磚頭，為保證雨水的均勻性，采用6個噴頭進行降雨，降雨強度由連接的水泵測得為4mm/h-8mm/h，試驗歷時10分鐘。

試驗用三種植被護坡邊坡如下圖所示：

四、室內(nèi)模型試驗結(jié)果及分析

通過觀察降雨對植被護坡的沖刷過程，我們可以很清楚的觀察到，雨滴降落至邊坡，在降雨初期主要表現(xiàn)在葉片對雨滴沖擊力的減弱，相較于雨滴直接沖擊土質(zhì)裸坡表層，延長坡體沖刷水毀的第一個階段（干土濺散）;在徑流形成的階段里，也使得徑流主要在植株空隙形成，徑流位置比較明確;泥沙搬運過程中，植被根系對土體加筋作用，使得根系纏繞區(qū)泥沙被侵蝕得較弱;在整個侵蝕完成后，也可清楚看出，有植被護坡的坡體較裸坡破壞較小，沖刷量也較小。長期以來科學和實踐已經(jīng)逐步證實，植被防護是邊坡抗沖刷的有效措施。植被防護可以良好地解決邊坡工程建設與生態(tài)環(huán)境破壞的矛盾，不僅能防護淺層邊坡，而且能恢復已破壞的植被，美化環(huán)境，有效地解決邊坡工程防護與生態(tài)環(huán)境破壞的矛盾，實現(xiàn)人類活動與自然環(huán)境的和諧共處。

將三種植被防護的邊坡在相同試驗條件下進行沖刷，試驗結(jié)束后可得到各組沖刷量，如下表所示：

從試驗結(jié)果上可以看出：三種植被防護下的邊坡抗沖刷能力為，根系發(fā)達的大于兩種間隔種植的大于葉面肥大的防護手段。由此可得出，植被防護抗沖刷主要由根系的加筋起作用，相較根系的作用，葉面緩沖雨滴沖擊力的作用更弱。植物根系在土壤中的穿插、纏繞，使得土體具有一定的整體性，有效地提高土壤的強度，從而達到穩(wěn)固邊坡的目的。