對川西高山地區(qū)的工程創(chuàng)面植被恢復(fù)現(xiàn)狀進行了現(xiàn)場調(diào)研，并開展了創(chuàng)面表層土體的土壤結(jié)構(gòu)試驗研究，利用分形維數(shù)分析了創(chuàng)面土體的土壤結(jié)構(gòu)特性?，F(xiàn)場調(diào)研和試驗分析結(jié)果表明：①當(dāng)前高山工程創(chuàng)面的生態(tài)修復(fù)尚未引起重視，存在大量的裸露創(chuàng)面，存在威脅道路安全運營的隱患；②當(dāng)前所采用的雙層主動防護網(wǎng)具有較好的攔截落石的作用，但在防止創(chuàng)面沖蝕、促進創(chuàng)面生態(tài)修復(fù)方面效果不突出；③在缺少防護的工程創(chuàng)面中廣泛存在“生態(tài)島”的現(xiàn)象，該現(xiàn)象表明高山區(qū)生態(tài)脆弱的關(guān)鍵因素在于表層營養(yǎng)土的脆弱，而不在于植物生存能力的脆弱，為植物的次生演化提供良好的表層土壤環(huán)境是保證工程創(chuàng)面的生態(tài)修復(fù)的前提。

高山地區(qū)； 工程創(chuàng)面； 生態(tài)恢復(fù)； 土壤結(jié)構(gòu)； “生態(tài)島”

P642.21 A

［定稿日期］2021-12-29

［作者簡介］陳發(fā)勇（1996—），男，本科，從事巖土工程方面的研究工作。

川西地區(qū)地處我國第一臺階與第二臺階的過渡區(qū)域，此區(qū)域內(nèi)高山林立、河流密布，地形地勢情況復(fù)雜［1］。復(fù)雜的地形地勢造就了獨特的氣候環(huán)境，降雨不均、短時強降雨現(xiàn)象突出，道路沿線泥石流、滑坡、落石等各類地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，裸露的工程創(chuàng)面隨處可見。

對道路安全運營構(gòu)成隱患的邊坡可按照成因分為自然邊坡［2-3］和施工創(chuàng)面［4］2類。本文對川西高山區(qū)工程創(chuàng)面恢復(fù)現(xiàn)狀的考察結(jié)果進行了簡要介紹，結(jié)合該區(qū)域的降雨、地質(zhì)情況，使用統(tǒng)計分析、分形維數(shù)等數(shù)學(xué)方法對創(chuàng)面植被的恢復(fù)形態(tài)、創(chuàng)面土體的結(jié)構(gòu)特性進行了分析。在此基礎(chǔ)上研究了現(xiàn)有防護措施存在的問題、裸露創(chuàng)面在淺層失穩(wěn)過程中形成的“生態(tài)島”現(xiàn)象對改進工程防護的啟示。所得考察結(jié)果、試驗結(jié)果可為西南高山區(qū)工程創(chuàng)面的生態(tài)修復(fù)、生態(tài)防護提供參考。

1 研究區(qū)域

1.1 區(qū)域概況

根據(jù)川西地區(qū)的氣候區(qū)劃，選取3個考察點，分別是：巴朗山地區(qū)、疙瘩梁子地區(qū)和爐霍地區(qū)。巴朗山地區(qū)土壤多為原位風(fēng)化形成，土層較薄，包含大量強風(fēng)化泥巖、砂巖，一旦破壞了表層植被，極易產(chǎn)生創(chuàng)面沖蝕、創(chuàng)面擴張的現(xiàn)象。疙瘩梁子-松林口區(qū)域表層土多為泥巖、砂巖強風(fēng)化生成的原位土，或者為古河床經(jīng)過地質(zhì)運動形成的砂質(zhì)土。不管是原位土還是地質(zhì)運動形成的砂質(zhì)土均包含大量大直徑的塊石、卵石。一旦表層植被（草甸、灌木）被破壞，在重力作用下砂土及其包裹的卵石會不斷往下溜滑，形成大片難以修復(fù)的工程創(chuàng)面。

爐霍地區(qū)降雨多為短時強降雨，因此對坡面的沖蝕作用十分明顯。

當(dāng)工程創(chuàng)面無法愈合時，在各種風(fēng)化作用下（風(fēng)、降水、霜凍等），大塊卵石會發(fā)生溜滑，并裹挾大量砂土發(fā)生失穩(wěn)，致使創(chuàng)面日益擴大。隨即使得包含植被的表層土產(chǎn)生懸空段，隨著懸空段的增加，在重力作用下創(chuàng)面頂部的表層土?xí)闹黧w脫落，導(dǎo)致創(chuàng)面面積擴大（特別是對于高山草甸）。對于一些斜坡較緩、具備一定附著條件的工程創(chuàng)面，表層土滑落后會貼附在創(chuàng)面上，形成類似于島嶼的“生態(tài)島”。生態(tài)島鏈可以作為一個緩沖帶，能夠有效攔截大塊卵石，減弱卵石在溜滑過程中對砂土的裹挾作用，如圖1所示。

1.2 研究方法

本文多用的研究方法為現(xiàn)場調(diào)研結(jié)合室內(nèi)試驗，分析川西高山地區(qū)工程創(chuàng)面的恢復(fù)狀態(tài)與土體結(jié)構(gòu)特征。在調(diào)研植物群落、生長狀態(tài)方面，采用樣方法對植物狀態(tài)進行統(tǒng)計評價；在評價土體結(jié)構(gòu)特征方面，使用分形維數(shù)定量描述土體結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)ISSS的土壤質(zhì)地分類系統(tǒng)，土壤粒徑小于0.002 mm的為黏土，0.002～0.02 mm的為粉土，0.02～2 mm的為砂土。根據(jù)楊培嶺等學(xué)者建立的土體顆粒級配與土體顆粒級配之間的數(shù)學(xué)關(guān)系：

logW（r

式中：W（r

現(xiàn)有研究表明，工程創(chuàng)面的土壤容易遭受雨水和風(fēng)力的侵蝕，而粒徑較小的土粒更容易遭受沖蝕。而分形維數(shù)的減小表征了土壤黏土成分和粉土成分含量的減小以及砂土成分的增加。因此可以使用分形維數(shù)評估不同狀態(tài)下表層土體的被沖蝕程度。

2 結(jié)果與分析

2.1 防護措施對創(chuàng)面水土保持的影響

主動網(wǎng)防護是當(dāng)前在高山地區(qū)廣泛采用的工程措施防護措施。該項措施在攔截落石方面效果較為突出，但是在防止水土流失方面作用并不突出，在巴朗山、疙瘩梁子、爐霍等多個地區(qū)的邊坡均出現(xiàn)了沖蝕溝，如圖2所示。為了進一步量化分析當(dāng)前防護措施的防護效果，取典型創(chuàng)面土樣，得到了有防護網(wǎng)和沒有防護網(wǎng)的工程創(chuàng)面的坡腳、坡頂、植生層土的顆粒級配數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上得到了土體的分形維數(shù)，具體如表1所示。

分形維數(shù)與土體顆粒土質(zhì)成分配比的關(guān)系如表1所示。結(jié)合表1數(shù)據(jù)，可得結(jié)論：①表層土與坡頂、坡腳土的顆粒級配差異大。在沒有人工修復(fù)的前提下，對于高山地區(qū)的包含大量卵石、塊石的創(chuàng)面很難形成適宜植物次生演化的土壤；②表層土與坡頂、坡腳土的分形維數(shù)差異顯著。坡頂、坡腳的分形維數(shù)顯著低于表層土，說明該創(chuàng)面容易遭受風(fēng)化作用的侵蝕，而粒徑較小的土顆粒容易流失，如何改良高山、亞高山區(qū)工程創(chuàng)面的表層土壤環(huán)境是亟待解決的問題；③有主動網(wǎng)防護的工程創(chuàng)面與無防護的工程創(chuàng)面相比，無論是土體的顆粒級配還是分形維數(shù)都比較接近，無顯著差異，表明主動防護網(wǎng)并不能有效地防止創(chuàng)面的水土流失、改善創(chuàng)面的水土環(huán)境。如何將工程防護與創(chuàng)面表層土體恢復(fù)有機結(jié)合是值得深思的問題。

2.2 “生態(tài)島”對創(chuàng)面水土保持的影響

“生態(tài)島”的存在一方面表明高山地區(qū)創(chuàng)面生態(tài)修復(fù)困難的主要原因在于表層土體難以修復(fù)，而非高山植物脆弱，因此高山地區(qū)的工程創(chuàng)面生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵在于表層營養(yǎng)土的營造與維持。另一方面也為高山地區(qū)的創(chuàng)面修復(fù)提供了啟示。為了進一步量化分析“生態(tài)島”對創(chuàng)面水土保持的作用，本文通過在“生態(tài)島”底部、坡腳、坡頂、表層取得土樣，在分析土體顆粒級配的基礎(chǔ)上得到各個位置土體的分形維數(shù)（圖3），包含生態(tài)島和不包含生態(tài)島的土樣分形維數(shù)對比如表2所示。

通過表2中數(shù)據(jù)對比，可得結(jié)論：

（1）形成了“生態(tài)島”的邊坡，表層土、“生態(tài)島”的土體顆粒級配與坡頂、坡腳土的差異大，而表層土雖然與“生態(tài)島”底部土體有一定差異，但是并不明顯，表明在“生態(tài)島”植被的保護下，下方土體的粉土、黏土顆粒成分得到了有效的保持，土體顆粒結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

（2）從分形維數(shù)上看，表層土、“生態(tài)島”的土體與坡頂、坡腳土的差異同樣十分明顯。表層土、“生態(tài)島”底部土體的分形維數(shù)均大于2.7，而坡頂、坡腳的土體的分形維數(shù)均在2.6左右。與表層土、“生態(tài)島”的土體相比，坡頂、坡腳的土體在雨水的侵蝕下粒徑較小的黏土、粉土成分大量流失，土壤顆粒結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞。

3 結(jié)論

通過對川西高山工程創(chuàng)面的現(xiàn)場調(diào)研和室內(nèi)試驗分析，研究了不同狀態(tài)下的創(chuàng)面土體結(jié)構(gòu)特性。主要結(jié)論：

（1）當(dāng)前在高山地區(qū)工程創(chuàng)面受侵蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，由此導(dǎo)致的落石、溜滑、局部滑塌等淺層問題發(fā)生頻率高、隱患范圍廣。創(chuàng)面生態(tài)恢復(fù)效果不理想，大多數(shù)創(chuàng)面呈現(xiàn)擴展的趨勢。

（2）在高山地區(qū)廣泛采用的主動網(wǎng)防護措施對表層土體的防護效果不理想，在有防護網(wǎng)的情況下依然存在大量的沖蝕槽。如何針對高山地區(qū)的環(huán)境、氣候特征，設(shè)計創(chuàng)面淺層土體的工程防護結(jié)構(gòu)是亟待解決的問題。

（3）“生態(tài)島”的存在表明高山地區(qū)創(chuàng)面生態(tài)修復(fù)困難的主要原因在于表層土體難以修復(fù)，而非高山植物脆弱，因此高山地區(qū)的工程創(chuàng)面生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵在于表層營養(yǎng)土的營造與維持。在當(dāng)?shù)嘏嘤萜?、模塊化鋪設(shè)草皮可能是解決高山地區(qū)創(chuàng)面生態(tài)修復(fù)問題的一個方法。

參考文獻

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