工程边坡绿色防护机理与设计指标研究
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摘要
环境保护是人类社会发展的重大课题。在铁路、公路、水电等工程建设中，大量岩土体边坡开挖，无疑会破坏当地的自然环境。对工程边坡进行绿色防护，绿色植被不仅对边坡浅层起到防护作用，而且能够起到恢复已破坏的植被，保持水土，美化环境的作用。对工程边坡进行绿色防护可以有效的解决工程建设与环境保护之间的矛盾，实现人类活动与自然环境的和谐共处。
论文在参考国内外岩土体边坡绿色防护研究资料的基础上，对绿色防护与常规边坡防护技术进行对比分析，研究表明绿色防护技术不仅在边坡加固、防水冲刷等方面起到与常规边坡防护类似的作用，而且更有利于边坡植被恢复，保护我们赖以生存的生态环境。
在对渝怀铁路5个工点的边坡进行调查研究的基础上，根据其岩体性质、岩体结构与绿色防护特点，将其分为具有整体结构、块状结构、碎裂结构、散体结构几种类型，分别对不同植物根系与不同边坡类型护坡机理、固坡作用进行力学分析。对不同延展方向植物根系对边坡的加固作用进行定性研究得出，生长方向与水平面夹角为(α—φ)的植物根系对边坡起到的加固作用最大。
本文对坡面径流冲刷与边坡坡度的关系进行了理论研究，推导出在考虑雨滴降落方向时，坡面受雨水冲刷的临界坡度。
采用有限元法对坡面表层土体的变形与坡高和坡度的关系进行分析。计算表明，不考虑降雨等其它因素的影响，边坡设计高度不应高于5m，坡度不宜大于45°。
另外，本文首次提出根据潜水水位曲线确定边坡几何形状的理论。并采用具体的计算证明了台阶型边坡更易于坡面植被的水分供给。这也正是植被在边坡下部更易成活的原因之一。
本文研究对边坡植被绿化设计指标的确定提供了理论依据。
The important subject of the society development is the protection of environment. In the construction of railway , road, waterpower engineering, there will be lots of engineering slopes, without question, this will destroy the local environment. When greening protection on the engineering slope, greening vegetation will be fully covered on the rock or soil slope, it not only protects the shallow slope, but also renews the destroyed vegetation, beautifies the environment, preserves the water or soil, which will deal with the contradiction of engineering slope and environment efficiently and so man and environment's harmonious coexist will come true.
Based on the information of home and abroad, by comparing to the traditional and the greening slope protective methods, the greening slope protection is not only play the similar roles in slope protection and flow protection, but also adapt to the renew of vegetation effectively, protecting environment that we are living on.
By 5 sites of Yu-Huai railway's engineering slopes investigating, under the consideration of rock mass property, rock mass structure and greening protection, the slopes can be divided into 4 types: intact rock structure, block rock structure, fissure rock structure and scattered rock structure. By mechanical analysis on the protection mechanism of varied vegetation roots and varied types of slopes and by mathematical caluclulating of vegetation roots on varied direction for slope protection, then we can obtain the best vegetation for slope protection degree: a - ( vegetation roots direction and the level degree).
In this paper, theory of the relation between surface flow and critical slope was introduced. The direction of the rain considered, the critical slope degree of surface erosion was worked out.
Then by the finity element method, the relation of the surface deformation and the slope height was studied. Without effection of the rain and so on, the critical height of the slope equal or below 5m, and the slope degree is below 45.
The theory of the phreatic water level confirms the slope form was first presented. By concrete calculating, stepped slope will be favor to furnish water to the slope vegetation. And this is the very matter of why vegetation at the bottom of the slope is easily survived.
The study of this paper offers the theory foundation for the designing standard of slope greening protection.
论文在参考国内外岩土体边坡绿色防护研究资料的基础上，对绿色防护与常规边坡防护技术进行对比分析，研究表明绿色防护技术不仅在边坡加固、防水冲刷等方面起到与常规边坡防护类似的作用，而且更有利于边坡植被恢复，保护我们赖以生存的生态环境。
在对渝怀铁路5个工点的边坡进行调查研究的基础上，根据其岩体性质、岩体结构与绿色防护特点，将其分为具有整体结构、块状结构、碎裂结构、散体结构几种类型，分别对不同植物根系与不同边坡类型护坡机理、固坡作用进行力学分析。对不同延展方向植物根系对边坡的加固作用进行定性研究得出，生长方向与水平面夹角为(α—φ)的植物根系对边坡起到的加固作用最大。
本文对坡面径流冲刷与边坡坡度的关系进行了理论研究，推导出在考虑雨滴降落方向时，坡面受雨水冲刷的临界坡度。
采用有限元法对坡面表层土体的变形与坡高和坡度的关系进行分析。计算表明，不考虑降雨等其它因素的影响，边坡设计高度不应高于5m，坡度不宜大于45°。
另外，本文首次提出根据潜水水位曲线确定边坡几何形状的理论。并采用具体的计算证明了台阶型边坡更易于坡面植被的水分供给。这也正是植被在边坡下部更易成活的原因之一。
本文研究对边坡植被绿化设计指标的确定提供了理论依据。
The important subject of the society development is the protection of environment. In the construction of railway , road, waterpower engineering, there will be lots of engineering slopes, without question, this will destroy the local environment. When greening protection on the engineering slope, greening vegetation will be fully covered on the rock or soil slope, it not only protects the shallow slope, but also renews the destroyed vegetation, beautifies the environment, preserves the water or soil, which will deal with the contradiction of engineering slope and environment efficiently and so man and environment's harmonious coexist will come true.
Based on the information of home and abroad, by comparing to the traditional and the greening slope protective methods, the greening slope protection is not only play the similar roles in slope protection and flow protection, but also adapt to the renew of vegetation effectively, protecting environment that we are living on.
By 5 sites of Yu-Huai railway's engineering slopes investigating, under the consideration of rock mass property, rock mass structure and greening protection, the slopes can be divided into 4 types: intact rock structure, block rock structure, fissure rock structure and scattered rock structure. By mechanical analysis on the protection mechanism of varied vegetation roots and varied types of slopes and by mathematical caluclulating of vegetation roots on varied direction for slope protection, then we can obtain the best vegetation for slope protection degree: a - ( vegetation roots direction and the level degree).
In this paper, theory of the relation between surface flow and critical slope was introduced. The direction of the rain considered, the critical slope degree of surface erosion was worked out.
Then by the finity element method, the relation of the surface deformation and the slope height was studied. Without effection of the rain and so on, the critical height of the slope equal or below 5m, and the slope degree is below 45.
The theory of the phreatic water level confirms the slope form was first presented. By concrete calculating, stepped slope will be favor to furnish water to the slope vegetation. And this is the very matter of why vegetation at the bottom of the slope is easily survived.
The study of this paper offers the theory foundation for the designing standard of slope greening protection.
引文
1 铁道部第一勘测设计院．铁路工程设计技术手册． 路基 中国铁道出版社，1992
2 中华人民共和国行业标准．铁路路基设计规范(TB10001-1999)．1999年
3 中华人民共和国行业标准．公路路基设计规范(JTJ013-95)．人民交通出版社．2003
4 中华人民共和国行业标准． 铁路路基支挡结构设计规范(TB10025-2001)．2002
5 周跃等． 云南松侧根的浅层上体加固潜能及其计算．土壤侵蚀与水土保持学报． 1908 4(5)
6 周跃．D．Watts． 高山峡谷区云南松林土壤侵蚀控制的水文效应． 土壤侵蚀与水土保持学报．1998 4(3)
7 周跃 等． 乔木侧根对土体的斜向牵引效应研究-(Ⅰ)原理和计算，山地学报，1999 17(1)
8 周跃 等． 乔木侧根对土体的斜向牵引效应研究-(Ⅱ)野外直测．山地学报．1999 17(1)
9 周跃．土壤植被系统及其坡面生态工程意义． 山地学报．1999 17(3)
10 周跃 等．云南松林的林冠对土壤侵蚀的影响． 山地学报．1999 17(4)
11 周跃 等．云南松侧根对浅层土体的水平牵引效应的初步研究．植物生态学报．1999 23(5)
12 周跃 等． Potential of Yunnan pine forest on soil erosion control in the Hotiaoxia Gorge area．SW China． 植物生态．2000 24(1)
13 周跃 等．乔木的斜向支撑效能及其坡面稳定意义． 山地学报．2000 18(4)
14 周跃 等． 云南松幼树垂直根的土壤增强作用．水土保持学报．2000 14 (5)
15 周跃．植被与侵蚀控制：坡面生态工程基本原理探索．应用生态学报．200011 (2)
16 周跃等． 松属、青冈属乔木侧根的强度在防护林固土扩坡作用中的意义．植物生态学报．2001 25(1)
17 周跃 等． 云南松根系对土壤牵引效应测试系统的设计与实现。 山地学报．2001 20(3)
18 谢光健．公路岩石边坡坡面挂铁丝网喷混植草新技术．湖南地质。2003Vo．122，(2)
19 李旭光 等．日本的公路边坡绿化与防护—1994年赴日本考察报告．公路交通科技．1995 Vol．12(2)
20 王晓东，刘晔，王晓春．边坡绿化喷播技术应用．公路．2000第4期
21 石东扬，熊忠臣，金代钧，王瑞雄．高速公路边坡绿化的研究。中国园林2001 (3)
22 汪益敏，汪良旗．高等级公路边坡绿化防护技术． 中南公路工程． 第24卷第4期 1999
23 席嘉宾，陈麦侠． 高等级公路边坡绿化草的建植与管理技术． 公路 1998年第3期
24 邵学军，王虹，费祥俊．坡面薄层流的数值模拟及在坡面流侵蚀研究中的应用．水利学报 2002第5期
25 陈力，刘青泉．坡面流运动方程和有支流入汇时的一维明渠流方程形式．力学与实践．2001第23卷
26 戚隆溪，黄兴法．坡面降雨径流和土壤侵蚀的数值模拟．力学学报，1997，29(3)
27 姚文艺．坡面流阻力规律试验研究。泥沙·研究．1996年第1期
28 王协康，方铎，曹叔尤．山区流域坡面流的一种近似解．山地研究．1998，16(4)：263～267
29 鄢俊．植草护坡技术的研究和应用。水运工程．2000年第5期
30 周利民．运用液压喷播技术进行植草护坡的研究．2000年第3期
31 李彦．邵伯琴 等．应用青岛结缕草加固防护铁路砂质路基边坡的研究．中国草地．2000年第4期
32 周利民．液压喷播植草护坡技术研究．中国水土保持．2003年第5期
33 章恒江，章梦涛，付奇峰．岩质坡面喷混快速绿化新技术．国外公路．2000年第5期
34 张俊云，周德培，李绍才．岩石边坡生态种植基材试验研究．岩石力学与工程学报．2001 20(2)：239～242
35 陈绍清．岩石边坡锚固支护的结构形式及应用．探矿工程．1999年第5
期
36 王连新．土工网复合植被护坡法在三峡工程中的用．人民珠江．1999年第4期
37 黎军，林延鹏．土工格栅(格网)在公路边坡防护及路基中的应用．公路2000年第9期
38 陈锡民．铁路路基边坡喷播植草防护．铁道建筑．1998年第11期
39 谭远发．铁路路基边坡绿色防护技术的发展和应用．铁道工程学报．2001年第1期
40 汪智耀．铁路路基边坡防护应推广液压喷播植草技术．铁路工程造价管理．1999年第4期
41 史茂林．铁路路堤边坡植被式防护技术．铁道建筑．2000年第10期
42 邱国锋，王孟霞．三维植被网植草护坡在高速公路边坡中的试验及应用．广东公路交通．2001年增刊
43 邱国锋，王孟霞．三维植被网护坡在高速公路边坡中的试验．重庆交通学院学报．2002年第1期
44 李锁平．三维土工网垫路基边坡防护．公路．2002年第3期
45 成子满，潘凤文． 三维固土网垫结合植被护坡的施工． 公路2002年第9期
46 徐永年． 人类活动及植被对坡体滑塌的影响．泥沙研究． 1999年第3期
47 刘向东．秦沈客运专线路基边坡植被防护工程设计与施工．铁道工程学报．2002年第1期
48 许红，张雪莲．浅谈二维网植被护坡在连霍高速公路安徽段的应用．文通科技．2002年第6期
49 闰伟．浅谈路基的防护与加固．黑龙江交通科技．2003年第4期
50 张金鹏，王磊，张铁富．喷锚支护技术在高陡岩石边坡坡面防护中的应用．河南交通科技．第20卷第6期
51 吴长文．王礼先．林地坡面的水动力学特性及其阻延地表径流的研究．水土保持学报．Vol．9 No．2 1995
52 满开颜．植被对边坡的防护作用．铁路地质和路基．1993年第4期
53 Do V·Leshcbinsky，Ralph·H·Boedeker．加筋土坡的稳定分析．铁路地质与路基．1991年第3期
54 T．H．吴，罗纳德M．Mc， 罗纳德T．E 菲利普 E．B． 土和根相互作用的研
究．铁路地质与路基．1989年第3期
55 清华大学水利学教研组编．水力学．北京：人民教育出版社．1983
56 M．霍利[捷]，余新晓等译．侵蚀与环境．北京：中国环境科学出版社。1987
57 周德培，张俊云．植被护坡工程技术．人民交通出版社．2003年7月
58 王可钧 李焯芬．植物固坡的力学简析．岩石力学与与工程报．1998第6期
59 陈法扬．不同坡度对土壤冲刷量影响试验．中国水土保持． 1985年第二期
60 Zhou, Y. et al Effects of the lateral roots of Pinus yunnanensis Forest on shallow soil reinforcement。 Plants and Soil, 1997, 190:77-86
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62 [日]山寺喜成．安保 昭，吉田 宽 著，罗晶等译．恢复自然环境绿化工程概论——坡面绿化基础与模式设计．中国科学技术出版社．1997
63 张光科，方铎． 坡面径流侵蚀量随坡度变化规律初探．四川水利发电．1995．6
64 Ministry of works and transport (Nepal). Use of bioengineering in the road sector (Geo-enviromental unit) 1999.2
65 李全胜，王兆骞．坡面承雨强度和土壤侵蚀临界坡度的理论探讨．水土保持学报．1995．9(第9卷第3朋)
66 刘青泉，陈力，李家春．坡度对坡面土壤侵蚀的影响分析．应用数学和力学编委会编．重庆出版社出版．2001．5(第22卷第5期)
67 禹华谦 主编． 工程流体力学(水利学)．西南交通大学出版社，1999．12第1版
68 李小兵．鱼嘴车站岩石边坡绿色防护设计及施工．路基工程，2003年增刊
69 封金财，王建华．乔木根系护坡作用机理的研究进展．铁道建筑．2004年第3期
70 野久田稔郎，林拙郎等．由根系抗拉强度推断其固坡效果．水土保持科技情报．1997年第1期25～28
71 赵晓光，吴发启，刘秉正，康绍忠．再论土壤侵蚀的坡度界限．水土保持
研究．1999．6．第6卷第2期
72 铁道部第一勘测设计院主编．铁路工程地质手册(第一版)． 中国铁道出版社．2002
73 李俊亭， 王愈吉．地下水动力学，地质出版社(第一版)． ]987
74 周德培，周立荣．边坡工程．西南交通大学土木学院．2002年7月
75 铁道部第一工程局主编．铁路工程施工技术手册．路基． 中国铁道出版社．2000年10月
76 Ansys中国．ANSYS非线性分析指南．2000年1月
77 Ansys中国．ANSYS高级分析指南．2000年1月
2 中华人民共和国行业标准．铁路路基设计规范(TB10001-1999)．1999年
3 中华人民共和国行业标准．公路路基设计规范(JTJ013-95)．人民交通出版社．2003
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60 Zhou, Y. et al Effects of the lateral roots of Pinus yunnanensis Forest on shallow soil reinforcement。 Plants and Soil, 1997, 190:77-86
61 Zhou, Y. et al. A case study of effect of lateral roots of Pinus yunnanensis on shallow soil reinforcement. Forest Ecology and Management. 1998, 103: 107-120o
62 [日]山寺喜成．安保 昭，吉田 宽 著，罗晶等译．恢复自然环境绿化工程概论——坡面绿化基础与模式设计．中国科学技术出版社．1997
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66 刘青泉，陈力，李家春．坡度对坡面土壤侵蚀的影响分析．应用数学和力学编委会编．重庆出版社出版．2001．5(第22卷第5期)
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72 铁道部第一勘测设计院主编．铁路工程地质手册(第一版)． 中国铁道出版社．2002
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74 周德培，周立荣．边坡工程．西南交通大学土木学院．2002年7月
75 铁道部第一工程局主编．铁路工程施工技术手册．路基． 中国铁道出版社．2000年10月
76 Ansys中国．ANSYS非线性分析指南．2000年1月
77 Ansys中国．ANSYS高级分析指南．2000年1月