三種典型植被護坡抗侵蝕效果試驗研究

蔣明慧 余青霖 吉鑫淼

【摘要】運用室內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

環境污染和生態破壞是人類面臨的重大社會問題之一，隨著社會日益發展，基礎設施建設數量增多，由此伴隨的工程項目開發和環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，從而出現大量的次生裸地及嚴重的水土流失現象，加劇生態系統的退化。降雨作為引起泥石流的主要因素之一，降雨過程中，雨水會對土質邊坡造成沖刷，沖走坡面表層土體甚至引發大面積土體滑落，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。生態防護技術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。

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坡面，產生巨大沖擊力，致使土顆粒濺起的現象成為濺蝕。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，土體結構此階段未受破壞;泥漿濺散階段，此階段邊坡結構遭到破壞;層狀侵蝕階段，既是向地表徑流轉換的過渡階段，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，保護生態環境。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定狀態。

（1）物理性質。試驗用土質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、塑性指數和液性指數對黏性土邊坡的工程性質有著極大的影響。

（2）復合土力學性質。土的力學性質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摩擦阻力兩部分組成，其計算公式為r=o tanФ+c（其中，Ф為內摩擦角，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、力學性質是為室內模型試驗提供理論支持。

三、室內模型實驗

試驗用模型箱尺寸采用長寬高分別為900mm×900mmX300mm。模型箱材質選用木材進行加工，為保證土質邊坡坡度，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、室內模型試驗結果及分析

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在葉片對雨滴沖擊力的減弱，相較于雨滴直接沖擊土質裸坡表層，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環境破壞的矛盾，不僅能防護淺層邊坡，而且能恢復已破壞的植被，美化環境，有效地解決邊坡工程防護與生態環境破壞的矛盾，實現人類活動與自然環境的和諧共處。

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

從試驗結果上可以看出：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，從而達到穩固邊坡的目的。