植被护坡在生态边坡中的综合应用:植被混凝土生态护坡

　　摘 要 本文概述生态边坡与植物护坡技术的特点，给出生态边坡的稳定性的评价模型，并介绍植被护坡在生态 　　护坡景观中的具体应用。 　　关键词 植被护坡；生态边坡；数学模型；稳定性；景观
　　中图分类号 S7 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)031-0092-01
　　
　　随着我国基础设施建设的不断发展，修建人工边坡成为边坡治理与加固的重要手段之一。但是，传统人工边坡往往可能有滑坡、泥石流等地质灾害的隐患，还可能造成水土流失等环境问题，生态边坡与边坡景观设计技术就是在这种背景下发展起来的。生态边坡在坡面加固、美化环境、维持生态平衡方面发挥了重要的作用。本文主要探讨了生态边坡稳定性与植被护坡在边坡景观设计中的应用。
　　1 生态边坡与植物护坡技术概述
　　生态边坡就是对环境、原生物等生态造成最低影响，并且适当还原、保护的边坡工程，是在保证边坡安全的基础上考虑生态保护、环境景观的边坡工程理念。生态边坡以接近自然的方式去加固稳定边坡，其所用材料多为当地石材，木材，植物等。植物护坡是最常用的生态边坡技术。
　　1.1 生态护坡的自然效应
　　1）生态边坡的环境效应。生态边坡植被可以有效地降低气、光、尘的污染，创造适宜的交通和生活环境，主要影响有：①护坡植物的光合作用能够吸收二氧化碳，释放出氧气，同时还能稀释和吸收周围大气中的有害气体；②护坡植物具有有效吸收刺耳噪声和多方位反射太阳光等功能；③护坡植物能有效地吸附尘埃，吸收汽车尾气；④护坡植物可以调节公路周围的小环境气候条件；⑤增加行车安全，减少交通事故的发生。2）生态边坡的水文效应。生态边坡对降雨冲蚀的控制：①拦截作用：护坡植物及其残余物可以吸收降雨雨滴冲击地面的能量，降低雨水到达坡面时的速度和体积，从而降低降雨滴溅、分解土体颗粒的能力；②缓冲作用：边坡植被的茎杆和树叶可以提高坡体的表面刚度，减缓雨滴下落的速度；③渗透作用：边坡植物及其残余物有利于保持坡体土的多孔性和渗透性，从而减轻雨水的破坏。
　　生态边坡对河岸侵蚀的控制：河岸经常遭受流水的侵蚀和冲刷，水的侵蚀力随流水速度的增加而增加，在堤岸边坡上种植植被能降低这种侵蚀。地面上的植被可以减少水流速度，根部可以自然约束或固定土体颗粒。
　　1.2 植被护坡的主要功能
　　1）浅根的加筋作用。由于边坡植物根系在土体中的分布错综复杂，可将边坡土体和植物根系看作是一种特殊的预应力复合加筋材料，能提高边坡土体强度。根据摩尔-库伦强度准则，根系的加筋作用增强了土体的黏聚力c值，能显著提高坡面土体强度。2）深根的锚固作用。边坡植物根系与土体共同作用组成的复合结构，在这种复合结构中，根系具有较高的抗拉强度和锚固力，对土体有很好的锚固作用。深根还可以将局部集中的应力分散，缓解应力过大造成的危害。3）水文作用。生态边坡所种植的植被具有多种水文作用，如蒸发坡体内的水分、降雨截流，延缓坡面水流速度，过滤等作用。这些作用可以有效地控制雨水对边坡土体的侵蚀，降低坡体的空隙水压力以及增加土体黏聚力等。
　　2 生态边坡稳定性评价模型
　　在工程实践中通常用安全系数来评价边坡的稳定性，但是这种方法忽略了边坡系统内部的不确定因素，如植被种类、植被数量、植被根系的发育程度等，在实际应用中有局限性。因此，将工程实践中的安全系数与可靠性理论相结合，取长补短能够建立更加科学有效的评价体系。下面介绍两种可靠性理论的数学模型。
　　2.1 蒙特卡洛模型
　　适用于统计值为已知，利用计算机研究随机变量的数值方法
　　记安全系数为：
　　（1）
　　其中R为抗滑力；S为下滑力；X1,X2,…,Xm分别为不同植物在土体中所引起的容重、粘聚力、摩擦系数、孔隙水压力、荷载强度等，在实际应用中取值具有变异性，可以认为是随机变量。随机的抽取一组样本值，由（1）式计算出安全系数的随机样本值Z"，重复N次，直到达到精度要求，获取了N个相对独立的安全系数样本Z1,Z2,…,Zn。安全系数的极限状态为Z=1，在N次试验中，Z≤1的次数为M，那么斜坡的破坏概率为。由Pf=1-Φ(β)可以求出边坡的可靠性指标，其中：
　　2.2 矩估计模型
　　适用于变量分布未知，通过各变量的均值和方差，计算出状态函数的均值和方差，从而求出边坡的破坏概率和可靠指标。
　　在状态变量分布函数未知的情况下，在区间（xmin,xmax）上对称的选取两个点，通常取均值μxi得正负一个标准差σxi，即为xi1=μxi+σxi，xi2=μxi+σxi。对于m个状态变量，可有2m个取值点，取值点的所有可能组合有2m个。在2m个组合下，有2m个安全系数F。F的均值和方差分别为
　　其中，，
　　式中：ρ(i-1)i是ρi-1和ρi的相关系数，ei(i=1,2…m)取值为当xi=xi1时，ei=1；当xi=xi2时，ei=-1。
　　3 植被护坡在生态边坡景观设计中的应用
　　3.1 生态边坡景观的植被选择
　　植被护坡景观设计原则有：人性原则、文化原则、多样性原则、功能性原则、经济原则。根据这些原则所确定的植被选择要求如下。
　　1）所有乔木必须有冠幅，带枝叶，不得使用无干无叶苗木。2）裸根苗木，挖取根系幅度为基径的6~8倍，并带护心土。3）带土苗木，挖取的土球直径为基径的6~8倍，厚度为直径的2/3以上。4）灌木花卉分支不应少于3~4个，叶簇健壮，色泽明亮，根系必须完整，无腐烂变质。5）所有喷播植物种子经检测发芽率达90%以上方可使用。
　　3.2 生态边坡景观与植被护坡的关系
　　人工边坡通常需要采用工程措施进行加固处理，这在一定程度上恶化了边坡的外观，而边坡景观治理多采用景观柔性治理或硬柔治理相结合的方法，所以使用的景观材料多倾向于植物。
　　此外，边坡的防护及排水措施需要与边坡的环境和景观设计相协调，并根据不同的边坡地形、地质、土质、高度和治理措施的特殊工序要求，采用适宜的植被护坡景观。例如，对于挖方路段，特别是岩质挖方路段，在坡面采用植被护坡后，应考虑攀藤植物和悬垂植物的应用，以达到更好的绿化和覆盖的效果。
　　4 结束语
　　由于生态护坡的环保、美观等优势，将会在边坡工程中被大量采用。本文通过建立数学模型评价了生态边坡的稳定性，又探讨了植被护坡与生态护坡景观之间的联系。在实际中，还应结合边坡的具体情况，选择相应的植被护坡，从而形成最有效的生态边坡。
　　参考文献
　　[1]张永兴.边坡工程学[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.
　　[2]孙晓鲲.高速公路边坡安全与景观设计综合分析[J].中外公路,2008,4:15-16.

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