子午岭林地生态边坡稳定性及防护方法研究

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1、子午岭林地生态边坡稳定性及防护方法研究第1章绪论1.1课题研究背景目前，环境问题已成为重大的社会问题，生态及环境保护的理念逐渐深入人心。而近年来，随着我国高速公路的大发展，工程建设中开挖了大量的边坡。边坡开挖使原有的植被覆盖层遭到不同程度的破坏，出现大量的次生裸地和严重的水土流失现象，使生态环境严重失衡。而目前我国公路设计部门往往缺乏边坡生态防护技术的设计经验，缺乏对公路后期边坡生态破坏程度和工程长期安全的考虑，从而为工程埋下隐患。本项目依托青岛至兰州国家高速公路雷家角（陕甘界）至西峰段高速公路建设项目。而本工程雷西高速公路所在的

2、黄土地区，属于我国典型的北方干旱地区气候区域，该区远离海洋，为典型的大陆性季风气候，降雨量少且集中，是全国水土流失最严重的地区之一。同时，黄土湿陷性的特性，使裸露的边坡潜蚀性冲刷破坏比较严重，从而防护作用逐渐失效，边坡容易失稳。道路沿塬边展线，路线子午岭越岭段需穿越子午岭自然保护区。子午岭自然保护区是甘肃省省级自然保护区，位于黄土高原中部，属于典型黄土丘陵地貌，黄土层厚度一般在50m以上，植被密布，葱郁青翠，其气候特征见表1.1[1]。该区域内土体侵蚀切割强烈，冲沟发育，属于陇东典型黄土分布区向内蒙砂性土区域过渡的特殊区域，土质既

3、不呈现高原黄土特性，也不属于内蒙典型砂性土特性。雷西高速公路从林区通过必然会形成大量人工边坡，为了最大程度减少边坡开挖对子午岭林区植被的破坏，迫切需要解决的是公路边坡生态恢复和生态防护持续性的问题。..1.2和本课题有关的国内外研究现状在进行边坡生态防护的研究之前，首先进行国内外研究现状的调查分析。本文着重从生态防护的技术应用和理论研究入手，综述国内外的研究现状。生态防护技术在边坡工程中的应用，欧美国家很早就意识到生态保护的重要性，在高速公路边坡进行植被绿化，瑞士等国中世纪就开始在运河沿岸栽植柳树来护土固坡[2]。另外，1958年

4、液压喷播技术的发明和1986年三维网植草护坡方法的发现大大促进了生态边坡在工程中的发展。日本在边坡生态防护技术方面的发展远远领先于欧美各国。1951年，川端勇作首次在边坡坡面上采用外来草种，从此外来草种被广泛应用于边坡坡面的绿化，其中以牧草类为代表[3]；1958年日本学者在大阪进行了多组喷射试验，开发了喷射种子法；随着1960年喷播机的引入，液压喷播技术在日本各大高速公路边坡中得到更广泛的应用；1973年日本人开发出最早的生态基材护坡技术纤维土绿化工法，这标志了生态护坡开始被用于岩质边坡[4]；1983年，基于已有的纤维土绿化工

5、法，高次团粒SF绿化工法被开发出来[5]；1987年，日本学者通过已有工法与法国引进的连续加筋土工法相结合，又开发出连续纤维绿化工法[6]，并随之又形成了多种厚层基材喷射工法。日本学者在边坡生态防护技术的实现方法上同样做了大量的研究。前崛幸彦(1984)[7]认为首先应该进行先驱植物的移植，使边坡坡面迅速被覆盖，以防止水土流失。但先驱植物会随着时间逐渐被环境淘汰，因此，对于坡面生态环境的维持来说，后期还需要依靠周边入侵的植物。山寺喜成(1999)提出，21世纪的生态护坡技术应该通过播种形成早期的树林化，在边坡防护的同时也起到绿化的

6、作用。因此，日本在生态护坡方面取得的成果对我国有重要的借鉴作用。第2章黄土地区边坡防护形式及存在的问题2.1黄土的工程特性我国的黄土地区是世界上黄土分布最广泛的地区，该地区位于北纬34°～41°、东经103°～114°，整个地势西北高、东南低，海拔高度在1000～2000m之间。其范围北至长城，南抵汾渭盆地北缘，东起吕梁山西麓，西起陇西盆地西缘，总面积约23万km2左右。黄土分布地区的气候主要表现为干旱及半干旱的大陆性气候特征，该区域气温日变化剧烈，最大日温差为27℃左右，呈现典型的大陆性气候特征。

7、子午岭林区处于陇东区，属于典型的黄土塬地貌。黄土地层厚且层序齐全，黄土与古土壤明显相间。塬区Q3马兰黄土埋深12m左右，Q2离石黄土埋深约65m，Q1午城黄土埋深达200m，黏粒含量较陇西高，内聚力在30kPa左右，内摩擦角在25°左右[24]。从土的形成过程和土的变形和强度机制来分析，土的工程性质主要取决于土的物质成分和结构，我国广阔的黄河流域及其以北地区普遍存在着具有一定湿陷性的黄土和黄土状土[25]。湿陷性是黄土的主要工程性质，但并不是所有的黄土都具有湿陷性。湿陷性是指在一定的压力下受水浸湿，土体结构迅速发生破坏而显

8、著下沉的特性。黄土的湿陷性特性，使以黄土地区的建筑物存在严重的安全隐患。在很多地区，工程建筑下面的地基为非自重湿陷性黄土，天然条件下黄土地基无明显沉降，但往往在降雨作用下，因为黄土地基的湿陷使建筑物大幅度沉降、倾斜甚至影响其安全使用。.2.2黄土地