河道邊坡侵蝕原理及其治理對(duì)策研究木

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1、河道邊坡侵蝕原理及其治理對(duì)策研究木高鵬嚴(yán)文群(揚(yáng)州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，揚(yáng)州，225009)摘要：邊坡是各種河道及水利樞紐組成部分之一，作者從邊坡侵蝕基本理論出發(fā)，分析植物根系固土基本原理，建立河道邊坡植物固土力學(xué)模型，并針對(duì)典型河道邊坡侵蝕形式提出幾種河道邊坡植物固土方案。實(shí)驗(yàn)證明植物根系通過(guò)與土體的纏繞等作用穩(wěn)定土體結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)河道邊坡土壤的抗沖性能、增大了邊坡的安全系數(shù)，從而提高河道邊坡抗侵蝕的能力，同時(shí)又能將工程造價(jià)降低到傳統(tǒng)邊坡防護(hù)工程造價(jià)的1／5。關(guān)鍵詞：土壤侵蝕速率植物護(hù)坡加筋作用力學(xué)模型：植物籬1引言隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)

2、展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)得到迅猛的發(fā)展。與此同時(shí)，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與環(huán)境保護(hù)的矛盾也日益突出。處理好這一矛盾是關(guān)系到我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的大事。從國(guó)外一些工程實(shí)例中我們發(fā)現(xiàn)采用植物根系同土來(lái)維持邊坡穩(wěn)定、防止坡面侵蝕不但能夠解決工程實(shí)際問(wèn)題，又能將工程造價(jià)降低到傳統(tǒng)邊坡護(hù)坡造價(jià)的1￥5，而且也迎合了近年來(lái)講究人與自然和諧相處、重視生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)的思想。植物固坡的實(shí)踐歷史久遠(yuǎn)，最初主要用于河堤的護(hù)坡及荒山治理。在我國(guó)春秋時(shí)期安徽壽縣?就出現(xiàn)了用草來(lái)加固土壩的水利工程。在明代就已有載植柳樹來(lái)加固與保護(hù)河岸的方法，在17世紀(jì)就開始了用栽種樹木來(lái)保護(hù)黃河岸坡的

3、實(shí)踐【21。在中世紀(jì)，法國(guó)、瑞士的運(yùn)河就采用栽種樹木的方法來(lái)防護(hù)，在17世紀(jì)日本也已有栽植樹木治理荒山的記載。然而，植物固坡這一古老的技術(shù)直到20世紀(jì)初才被人們重新認(rèn)識(shí)、發(fā)展和應(yīng)用。我國(guó)在植物固坡技術(shù)應(yīng)用方面的研究起步較晚，以前一般多采用撒草種、穴播或溝播、鋪草皮、片石骨架植草、空心六棱磚植草等護(hù)坡方式。直到20世紀(jì)90年代以后植物邊坡固土技術(shù)才在我國(guó)逐漸被認(rèn)識(shí)、廣泛應(yīng)用于我國(guó)不同地區(qū)的公路、鐵路、市政及水利等工程中的邊坡防護(hù)。2河道邊坡侵蝕的基本原理河道邊坡土壤被坡面徑流逐步帶入河流，并進(jìn)一步向下游傳輸。在此過(guò)程中，土壤侵蝕始于面蝕，然后

4、是溝渠的沖刷侵蝕和土體的運(yùn)動(dòng)。坡面的覆蓋條件、地下水滲透壓力、邊度坡度和幾何特征發(fā)生變化時(shí)，邊坡的穩(wěn)定性會(huì)隨之發(fā)生變化。最嚴(yán)重的邊坡侵蝕問(wèn)題是土體的滑動(dòng)，它可能會(huì)引起土體的快速坍塌。2．1面蝕在雨滴的沖擊下，可以看到侵蝕開始時(shí)的土粒分離。水滴的動(dòng)能會(huì)濺起土壤顆粒，在平地上，土粒在各個(gè)方向的分布基本上是均勻的，但在坡地上，則會(huì)向下傳輸。土壤被濺濕和地表徑流是引起面蝕、土壤表面剝蝕的原因。隨著徑流的運(yùn)動(dòng)，土粒將隨水流流動(dòng)傳送，最后在河底沉積下來(lái)。2．2坡面的下切侵蝕，．，，當(dāng)水流漫溢坡面時(shí)，就會(huì)發(fā)生土坡的下切侵蝕【31。根據(jù)能量平衡原理，坡面上

5、端的總能量等于坡底處的總能量，由此可得：·m：．一所’’(1)s2mg(z,-z2+dI-d2)-r,pL2w吁一K‘式中ms為移動(dòng)土體的質(zhì)量；m為水體質(zhì)量；L∥為坡面長(zhǎng)度；P為濕周；Zl為坡面上端高度；Z2為坡面下端高度；dj為坡面上端水深；以為坡面下端水深；g為重力加速度；“為坡面上端水流速度；圪為坡面下端水流速度。土壤侵蝕速率為：第一作者簡(jiǎn)介：高鵬，1979年生，男，碩士，水工建筑物E-mail：jinehinia066@163．toni·471·警：旦Q【畢-1】ipsbd其中廓=mgE(z，+4)一(z2+吐)】易=腳(曙-V,2

6、)／2式中：織為土的密度：p為水的密度；4為土體的橫斷面面積；Q為流量；0為土體的抗剪強(qiáng)度；T為時(shí)間。式(2)表明，(B一珞暉)／歷>1．0時(shí)，坡面下切破壞與Q成正比。’2．3滲透破壞滲透破壞也被稱做深層破壞，這種破壞多見于土質(zhì)粗糙的自然坡底，這種土中存在著很多孔隙，因此可以儲(chǔ)存大量的水，且滲透系數(shù)較大，在徑流過(guò)程中水很容易地流進(jìn)或流出以及在其內(nèi)部流動(dòng)。滲水可源于雨水和冰雪融化以及從上游流人的地下水。細(xì)小的土粒會(huì)逐漸被滲透水流帶走，沉積在坡腳的下部或被途經(jīng)坡底部的溝渠中的水流沖走。細(xì)小土粒被沖走和孔隙水的改變可能會(huì)引起局部的塌陷【4】，繼而

7、產(chǎn)生邊坡破壞。邊坡的土壤組成、地下水位和滲透速率是引起邊坡深層破壞的主要因素。3河道邊坡植物固土的基本機(jī)理3．1概述3．1．1引言目前邊坡防護(hù)系統(tǒng)中大致有兩種。一種是以剛性建筑為主的工程防治措施，且尤其以漿砌塊石、錨固和漿砌塊石、擋土墻等最為常見。另一種新的防護(hù)方法是以植物根系同土為基礎(chǔ)柔性防護(hù)系統(tǒng)‘51，它不僅節(jié)省防護(hù)投資，達(dá)到防護(hù)的目的；更重要的是保護(hù)生態(tài)、凈化空氣、綠化環(huán)境且造價(jià)低廉。故柔性防護(hù)方法正在公路、鐵路、水利等工程領(lǐng)域中逐步替代傳統(tǒng)的砌石護(hù)坡、骨架護(hù)坡、砂漿封面等防護(hù)形式而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用‘61。3．1．2植物同土的功能

8、及優(yōu)點(diǎn)?，植物固土與單純的工程護(hù)坡相比有以下的主要功能[7—2】：(1)護(hù)坡功能，。①根系的深層錨固作用；②淺根的加筋作用；③降低坡體孔隙水壓力；④降雨截留、消弱濺蝕；⑤控制、．