植物根系对边坡稳定方面的研究毕业论文

植物根系对边坡稳定方面的研究毕业论文第1章绪论1.1 问题提出的背景与意义由于人类活动的加剧与全球气候变化的交织作用，导致地球表面各类生态系统大幅度退化，如森林锐减、沙漠扩展、湿地干涸、海平面上升等。

由此引起全球围生物多样性的急剧下降，生态系统高价值功能的丧失，灾害不断，疾病肆虐，人类深深感受到生命支持系统的紊乱与恶变对自身健康与安全的威胁。

于是，人们对环境给予了越来越多的关注。

环境问题的实质是发展问题，要实现人类同环境的协调发展，就要走可持续发展的道路。

交通建设对社会和经济的发展有着非常重要的作用，但同时又是对环境产生严重影响的行业之一。

因此，如何在交通建设的同时保护我们的环境，进而实现交通环境的可持续发展，是迫切需要解决的一个问题。

例如，公路建设中导致了沿线原生植物的破坏、水土流失、土地分割等生态环境问题，同时高速行驶的汽车产生的噪音、震动、排放的尾气也对自然环境造成了污染。

随着对生存与发展问题认识的不断深化，人们的生态环境意识逐渐加强，国家已经十分重视公路建设中的生态环境和环境保护。

在国发【2000】31号文件“国务院关于进一步推进绿色通道建设的通知”中指出：绿色通道要和公路、铁路、水利建设统筹规划，并与工程建设同步设计、同步施工、同步验收。

高速公路由于其造价高，线形指标高，尽管采用多种避让措施以减少对原有生态环境的影响，但是在选线和施工过程中不可避免地对沿线的植被产生破坏，留下许多裸露的边坡。

或是高大峭壁、缺土少肥的路堑边坡、或是贫瘠干旱的路堤边坡，这些边坡普遍存在冲刷侵蚀、水土流失和浅层局部滑坡现象，边坡植被在3～5年甚至更长时间都难以恢复。

如果不及时进行适当防护和植被恢复，将会导致崩塌、滑坡等地质灾害，中断交通，严重影响高速公路的正常使用，同时对环境产生极大破坏。

我国传统的边坡防护常用圬工防护，代表形式有：干砌块石固坡、浆砌片石固坡、灰浆或砂浆抹面固坡、喷射混凝土及打设锚杆固坡等。

这些方式在使用初期对减小坡面侵蚀、保证边坡的稳定性效果很好，作用显著。

然而，随着时间的推移，岩石的风化、混凝土的老化、钢筋腐蚀、强度降低，加固效果也越来越差。

并且这些方式都难以恢复自然植被、不利于环境保护和生态平衡。

如果采用植物防护，开始作用非常弱，但随着植物的生长，强度增加，对减轻坡面侵蚀和维护边坡稳定的作用越来越强，并且随着社会对生态环保的要求的提高，采用植被护坡由于能够恢复公路建设所破坏的生态环境、保持生态平衡而被引起重视，更成为当今研究的热点之一【18】。

从近代以来，以发达国家如德国、英国为领队的世界各国逐渐提升了建筑物的功能，建筑物在原来功能要求的基础上，更加重视对环境的要求，尤其是在自然边坡的保护和治理上，逐渐采用植物方法与传统的工程方法相结合，使得自然边坡在原来水土保持的基础上，具有了美化环境、改良气候的作用。

公路边坡上传统岩土工程和植物方法的结合，不但保证了公路路基的稳定性，而且美化环境、改良了公路沿线的小气候、改善了驾驶员行车的舒适度；河流堤岸上传统岩土工程护坡和植物方法的结合，不但加固了堤岸，而且对改善环境、改良气候以及平衡河流微生物，实现整个生态系统的协调具有重大的现实意义。

我国自改革开放以来，经济取得了突飞猛进的发展，人民生活水平不断提高，在进行土木工程建设的同时，对环境的关注也不断增多。

从南昆铁路、青藏铁路的建设到小浪底、三峡工程的建设都在保护自然环境方面投入了大量的资金。

很多地方铁路、公路工程也在保护环境、改善气候等方面给予了越来越多的关注。

公路、铁路的路堤边坡的传统防护方法是在坡面上作浆砌片石或干砌片石护坡，有的作浆砌片石或干砌片石骨架护坡，并在骨架的框格铺设草皮或栽种灌木。

公路、铁路的路堑边坡常常是采用挡土墙，墙上再修筑护坡，往往在深路堑中采用多级护坡，远远看去甚是壮观，但是与周围的自然环境，缺乏协调，缺乏以人为本的设计理念，难免生硬。

河流堤岸的边坡，传统的护坡方式多是采用片石护坡或混凝土护坡，带来的不利影响往往是破坏了河流的微生物环境，致使水质恶化。

但是，采用了植物护坡方法以后，不但起到了加固边坡，防止风雨侵蚀冲刷的作用，还改善了公路、铁路或河流沿线的小气候，美化了环境，促进了生态平衡，提高了人们的生活和工作的舒适度。

但是目前我国在生态土木工程方面的研究和应用还处于试探阶段，有些高速公路的边坡采用香根草植物篱技术护坡，其它大多数的河流堤岸和铁路边坡仍然采用传统的土木工程方法。

为了避免走发达国家先发展后治理的老路，我们应该未雨绸缪，加紧进行生态土木工程的研究和开发，促进植物方法和传统土木工程的结合，在进行土木工程建设的同时尽量减少对原有生态环境的干扰和破坏，最终达到美化环境、促进生态平衡的目的。

总之，如何结合实际情况，综合考虑防护效果、环境美化及环保效益，合理应用工程措施与植物防护的结合，采用生态恢复技术，建立可适性强的生态防护体系对提高我国边坡防护技术水平、保证公路安全与畅通、维持路域生态系统的平衡有着重要的意义。

1.2 植物固坡的发展历史边坡的植物防护方法在几千年前我们的祖先就有应用。

人们自觉不自觉地一直沿用着，并没有去仔细地研究它的原理及可靠性。

随着人类生活水平的提高和科学技术水平的逐渐发展，人们对生存环境给予了越来越多的关注，认识到土木工程师应该和生态保护专家、植物学家密切协调，把传统土木工程和生态工程有机结合起来。

1948年，英国土木工程师协会第一次在全世界围召开了议题为“生态和土木工程”的会议。

当时把问题仅仅限制在“人工植物”(vegetation)而不包括野生植物。

在会后的第三年，英国的土木工程法案中出现了“由于堤岸上柳树的生长和萌根给堤岸造成的严重危害，禁止河岸植柳”的条款。

在接下来的几十年里，很多国家在植物与边坡稳定方面的研究仍在继续，也进行了一些现场试验和室试验，只是关于植物护坡的讨论和交流逐渐减少了。

到了1994年，才又在英国的牛津召开了一次关于植物护坡的世界性会议。

这次会议可以说是第一次全面的会议，在植物护坡领域有了全面的交流。

这次会议更加强调植物对边坡稳定的积极因素的开发，从而在一定程度上可以定量描述植物对边坡稳定的作用。

应当意识到，现代植物固坡方法不仅仅是单纯采用植物材料，而是把岩土工程和植物方法结合起来，把土石结构和植物方法结合起来的一种新的方法。

随着时间的增长，植物根系也逐渐在固坡中起主导作用，从而防止水土流失，抑制边坡的蠕移和滑动。

1.3 研究现状边坡绿色防护实践的历史由来已久，但其成为一门技术，按规由程序的实施还是近几十年的事。

边坡的绿色防护技术从观念、技术、设计、施工等都经历了一个逐步发展的过程，如从简单的人工播种草籽、铺草皮发展到机械喷播植草、草皮卷工厂化生产；从单一的草种发展到科学的植物配置；从土质边坡植生发展到岩质边坡植生，边坡绿色防护技术得到了全面的发展。

1.3.1 国外研究现状国外对边坡的绿色防护技术研究较早，欧美、日、韩等发达国家在20世纪30年代已对工程建设中的生态环境问题作出重视，将生态保护和恢复纳入了公路铁路等工程建设中，并为此开展了相应的技术研究。

例如，近几年来，绿化网防护、厚层基料喷射、植被型混凝土等成为日本最广泛地生态防护技术，并获得了多项生态防护技术的专利。

虽然日本在高速路防护方面起步比美国晚二、三十年，但现在其公路生态防护水平处于世界领先地位。

在英国、意大利，将加筋土技术与植被护坡技术有机结合起来，用植被墙面代替传统的钢筋混凝土墙面，成功地修建了包裹式的加筋土植被草墙面挡土墙【18】。

理论方面，主要研究如下：（1）植物对边坡的加固作用主要是通过根来实现的。

Gray and Ohaashi （1983）等通过大量试验证明，砂土中生长少量根就能显著提高砂土的抗剪强度。

另外，Greenway（1987）等详细总结了根对边坡土壤的锚固和抗滑作用。

（2） Turnanina（1965）、Wu（1976）、Burroughs and Thomas（1977）、Nilaweera（1994）等人证实，树根强度与树根直径成反比。

Gray（1996）利用试验得到的数据，建立了树根抗拉强度与直径的关系式。

显然，根据这一发现，须根比粗根更有利于土壤加固和抗剪强度的提高。

（3）在过去30年期间，Waldron（1977）和Wu et al.（1984）等人先后建立了土壤-根相互作用的力学平衡模型。

通过模型，得到一个重要公式，即土体抗剪强度的增加量和根的面积比率（RAR）成正比。

试验室已证明了这一点。

（4）Endo and Tsuruta（1969）在野外进行大体积带有桤木树根的土体剪切试验，Ziemer（1981）在野外原地进行了大体积带有松木树根的土体剪切试验。

他们的试验证明：单位体积土体中每增加一公斤树根，土体抗剪强度平均增加3.5kPa。

这个数字有助于大致估计树根对土体抗剪强度的贡献量。

通过试验确定了单位土体中单位重量的某种树根对土体强度的贡献，就可以根据某种树根的强度和土体中树根的量，算出土体强度增加量【17】。

（5）Wu（1977）的试验表明在7cm深产生剪应力。

Wu（1999）认为3～10cm处根的形态分布承担剪应力。

Nilaweera（1994）由带主根的几个种类进行试验，根系整个被拔出，与Wu（1977）结果一致。

表明荷载点在一定距离的位置上。

但是试验情况是最终荷载比理论计算值要小得多【1】。

1.3.2 国研究现状与发达国家相比，国在植物护坡技术应用方面的研究起步较晚，20世纪90年代以前一般多采用撒草种、穴播或沟播、铺草皮、片石骨架植草、空心六棱砖植草（见图1.1）等护坡方法。

而目前又增加有香根草篱、藤蔓植物护坡、液压喷播、三维植被网、喷混植生等。

图1－1 六棱砖植草关于植被恢复及养护管理，国在边坡绿化方面有一些研究，包括植物种类、混播比例、后期养护管理等。

但尚处于初级阶段，没有完整总结出一套适合于我国各类环境的边坡治理方法。

如大学席家宾、省农科院建宁等对草种混播比例作了一些研究，总结出适宜于当地生长的混播组合，指出多个品种混播效果较理想，品种过多或过少均生长不良。

另外也有一些人对养护管理作了部分研究工作，但所总结出的经验不能在其它环境使用。

目前所作研究还处于初始阶段，有待于从多方面作深入的研究工作。

理论方面，主要研究如下：植物根系增加土体抗剪强度，植物根系具有“加筋作用”。

代全厚等（1998）试验表明：牛毛草地抗剪强度0.163kg/cm2、天然草地0.119kg/cm2,比农地0. kg/cm2高。

亚川等（1996）用节节草试验直径为0.6mm的根抗剪强度达22.32 MPa，为Ⅰ级钢筋抗拉强度1/10，产生显著的根系“加筋作用”。

史敏华等（1994）的林木根系抗拉试验满足幂函数关系mT ,并且林木对土壤固结力的大小决定于根系分布特征、根径、根nD的抗拉等因素，认为根的抗拉力是衡量水土保持树种的一个重要指标。