植被護(hù)坡作用及根系固坡機(jī)理

植被護(hù)坡作用及根系固坡機(jī)理摘要：隨著人類對(duì)環(huán)保和生態(tài)問題的日益重視，為實(shí)現(xiàn)人與自然生態(tài)環(huán)境的相互協(xié)調(diào)，植被護(hù)坡技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。本文主要從植被護(hù)坡的作用、根系固土作用力學(xué)機(jī)理及其影響因素三個(gè)方面進(jìn)行了闡述，能為植被護(hù)坡技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供了理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：植被護(hù)坡；作用；固土機(jī)理概述近年來，隨著大批鐵路項(xiàng)目的不斷開展，施工中由于受到自然環(huán)境、選線和投資等因素的限制，存在著大量開挖的不穩(wěn)定邊坡。這些開挖后的邊坡地表植被遭到破壞，易造成水土流失和生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重失衡。植被護(hù)坡技術(shù)則利用植被涵水固土的原理能夠有效地解決了工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境間的矛盾，它不僅可以減少水土流失，快速恢復(fù)自然生態(tài)環(huán)境，還可以改善和美化行車環(huán)境，并且能夠穩(wěn)固邊坡，具有造價(jià)低、施工操作方法簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，因此植被護(hù)坡技術(shù)在我國(guó)鐵路邊坡防護(hù)中得到了廣泛應(yīng)用。植被護(hù)坡作用植被護(hù)坡主要通過植物地上莖葉和地下根系的作用達(dá)到防護(hù)邊坡作用的，植被護(hù)坡作用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）水土保持作用植被莖葉的存在可以有效地承接雨水，避免雨水直接擊打地面，減少雨水對(duì)邊坡的沖蝕。植被可以降低邊坡表面風(fēng)速，防止風(fēng)蝕，同時(shí)植被的枯落物可以有效地減少地表徑流，提高土壤持水量，起到蓄水作用。（2）恢復(fù)生態(tài)環(huán)境邊坡上的植物能夠通過光合作用釋放出大量的氧氣，吸收汽車尾氣和有害氣體，吸附空氣中的塵埃，凈化空氣，降低噪音和強(qiáng)光反射。通過植物護(hù)坡措施可以調(diào)節(jié)局部惡化道路的小氣候，改善被破壞區(qū)域周圍的溫度和濕度。選擇生長(zhǎng)速度快、覆蓋率高、根系發(fā)達(dá)的植物能夠在較短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)動(dòng)物和微生物的棲息和生存環(huán)境，并逐漸重新形成和恢復(fù)原本被破壞的生物鏈。（3）景觀功能相關(guān)研究表明，綠色可以緩解眼睛疲勞。對(duì)邊坡植被類型進(jìn)行合理的選擇與配置，通過分段變化不同顏色和形狀的植被種類與布局，可以改善傳統(tǒng)工程防護(hù)帶來的突兀與單調(diào)的氛圍，能夠營(yíng)造出舒適、柔和、美麗的自然景觀，緩解司機(jī)視覺疲勞，避免司機(jī)瞌睡，從而保證行車安全，降低交通事故。（4）穩(wěn)固邊坡，提高邊坡穩(wěn)定性大量的研究證明，植物根系的存在能夠提高邊坡土體的粘聚力，增強(qiáng)土體的抗剪強(qiáng)度，同時(shí)還可以將表層土體的荷載傳遞到深層土體中，分散集中的土體應(yīng)力，可以有效降低土體發(fā)生崩塌和滑坡的幾率。根系固坡作用機(jī)理植物根系主要通過根系的加筋作用與錨固作用，提高土體的粘聚力和根-土間的摩擦力，增強(qiáng)邊坡土體的抗剪強(qiáng)度和穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)根系固坡、穩(wěn)定邊坡的功能。（1）加筋作用大多數(shù)草本植物和水平根系發(fā)達(dá)的木本植物，它們的淺細(xì)根系主要分布在邊坡表層，并且錯(cuò)綜盤結(jié)在一起，這些大量的小側(cè)根或根毛狀微根與土顆粒接觸的表面積大，如同纖維一樣加入到周圍土體中并與周圍土壤緊密地黏附在一起，有利于改善邊坡土體的強(qiáng)度、變形等力學(xué)性質(zhì)。通常在對(duì)邊坡土體進(jìn)行力學(xué)分析時(shí)，將這些淺細(xì)根系看作加筋材料，將根系與土看作是根-土復(fù)合體的加筋土。正因?yàn)檫@些起加筋作用的淺細(xì)根系的存在，使得原土體的粘聚力得到提高，同時(shí)也增強(qiáng)了根土復(fù)合體的抗剪強(qiáng)度和邊坡土體的承載能力。大量的試驗(yàn)研究認(rèn)為這些淺細(xì)根系的存在能顯著提高土體的抗剪強(qiáng)度，對(duì)邊坡土體的主要貢獻(xiàn)體現(xiàn)在提高土體的粘聚力方面，而對(duì)內(nèi)摩擦角的影響相對(duì)較小。扈萍對(duì)馬尼拉草進(jìn)行室內(nèi)直剪試驗(yàn)，認(rèn)為根系能顯著增加土體的抗剪強(qiáng)度，含根土體的粘聚力增量與根系分布密度成正比，而內(nèi)摩擦角基本不變。王華研究提出有狗牙根和早熟禾兩種根系的土體與無根土相比較，其粘聚力提高率為7.56%~47.88%，而內(nèi)摩擦角的提高僅為0.72%~4.84%，并且抗剪強(qiáng)度的增強(qiáng)程度隨土層深度的增加而逐漸變小。胡夏嵩通過對(duì)種植在PVC管內(nèi)的四翅濱藜、白刺、檸條錦雞兒和四赤濱藜四種灌木進(jìn)行研究，提出這四種灌木能使土體粘聚力提高22.0%~76.3%，內(nèi)摩擦角變化不顯著，灌木根土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度與法向壓力仍符合庫侖定律。（2）錨固作用植被的深粗根能夠穿過邊坡潛在滑動(dòng)面，當(dāng)周圍土體具有滑動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，根土間產(chǎn)生一定的摩擦力，深粗根同時(shí)通過這種摩擦作用將根系與周圍土體聯(lián)系起來，起到錨固土體的作用。對(duì)其進(jìn)行力學(xué)分析時(shí)，可將深粗根看作是具有固坡作用的錨桿，其錨固力大小可通過計(jì)算根系與周圍土體的摩擦力累加獲得。國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過大量的原位拉拔試驗(yàn)與室內(nèi)抗拔力試驗(yàn)研究，認(rèn)為植物根系的抗拔力通常與根系直徑、根系長(zhǎng)度等因素有關(guān)，并且與這些因素呈正相關(guān)趨勢(shì)。楊永紅對(duì)苦刺、車桑子、合歡和桉樹根系進(jìn)行抗拉拔試驗(yàn)，分別建立了這四種植物根系的最大抗拉拔力與根系直徑和長(zhǎng)度的回歸公式，并認(rèn)為桉樹根系錨固效果最好。胡夏嵩、陳桂琛等人對(duì)青藏鐵路路基邊坡兩側(cè)的的垂穗披堿草進(jìn)行原位拉拔試驗(yàn)，研究表明根系抗拔力與根表面積、須根數(shù)量及分蘗數(shù)等因素成線性關(guān)系，并且須根數(shù)量是影響抗拔力值的主要因素。劉小光采用根系拉拔試驗(yàn)機(jī)對(duì)油松根系進(jìn)行單根拉拔試驗(yàn)，結(jié)果表明根土摩擦力與直徑成正比，滑移量隨著根系埋深、加荷速度的增加而變大。影響根系固坡作用的因素根系對(duì)邊坡土體的穩(wěn)固作用通常會(huì)受到諸多因素的影響，對(duì)于植被自身因素而言，其固坡作用通常與根系的分布特征、根系的強(qiáng)度和根系類型等因素有關(guān)。（1）根系的分布特征根系的分布特征決定了根系對(duì)邊坡穩(wěn)定性所起的作用，而根系的分布特征與植物的種類、水平和垂直分布情況等因素有關(guān)。草本植物通常無明顯主根，多以直徑小于1mm的須根為主，分布較淺。木本植物根系常分為垂直根、水平根和散生根三種，根系分布深度比草本植物深。草本植物根系和木本植物淺細(xì)根系由于直徑較小且密集分布在邊坡表層，對(duì)土體只要起到加筋作用，對(duì)提高土壤的抗剪強(qiáng)度比分布較少的較粗根系更具優(yōu)勢(shì)；而木本植物中的主根能扎入到較深的土層中，具有約束土體、抵抗土體滑移的作用，起深層錨固邊坡土體的作用。（2）根系的強(qiáng)度植物根系的強(qiáng)度與植物種類、根系直徑、生長(zhǎng)環(huán)境及根系位置等因素有關(guān)，相互間略有差異，對(duì)土體抗剪強(qiáng)度的提高和對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響程度也不同。眾多關(guān)于根系強(qiáng)度的研究表明：植物根系的抗拉力與根徑成正比，但抗拉強(qiáng)度卻隨著根徑的增加呈降低趨勢(shì)；抗拔力通常與根系直徑、根系長(zhǎng)度、植株高度等有關(guān)，根系的抗拔力隨著根徑、根長(zhǎng)和植株高度的增加成增長(zhǎng)的趨勢(shì)。（3）根系類型植物根系對(duì)土體的力學(xué)作用取決于根系的受力情況，因此對(duì)邊坡土層中的根系進(jìn)行受力分析時(shí)，首先要判斷根系的類型。植物根系通常分為抗剪型根系和摩擦型根系。當(dāng)土體發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，如果根土間的靜摩擦力大于根系自身的抗拉力，根系則會(huì)被拉斷，屬于抗剪型根系，這類根系對(duì)土體的抗滑作用主要表現(xiàn)在根系沿滑動(dòng)面的抗拉力的分量。相反，若根土間的靜摩擦力小于根系的抗拉力，根系通常會(huì)被拔出，屬于摩擦型根系，其對(duì)土體的抗滑作用則主要表現(xiàn)在根土間的靜摩擦力的分量。參考文獻(xiàn)：[1]張永興.邊坡工程學(xué)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008：224-226.[2]王華，趙志明，何劉.不同植被類型根系固土效應(yīng)的試驗(yàn)研究J].鐵道建筑，2009，11：62-63.[3]胡夏嵩，李國(guó)榮，朱海麗.寒旱環(huán)境灌木植物根_土相互作用及其護(hù)坡力學(xué)效應(yīng)J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，28（3）：619.[4]扈萍.高