植被在滑坡防治中的作用机理和机制

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1、植被在滑坡防治中的作用机理和机制 魏宝祥1* 吴敏2(1.云南农业大学动科院草业科学系，昆明650201；2.昆明铁路局，昆明650406)       摘要：通过对植被护坡的机理机制的分析，指出现有植被护坡机理的不足，并对植被与群落、机体论与个体论的关系比较后，指出植被是通过群落的特征特性产生作用的，防护作用是植物特征特性作用的耦合。据此，提出了新的植被护坡的理论，解释了植被在不同地方滑坡中的异同表现。关键词：植被 滑坡 机理 机制    山体滑坡(landslide)是一种比较常见的不良地质物理现象。尤其在山区

2、经常发生，对人民的生命财产及安全造成巨大威胁。在山区修筑公路、铁路时，也经常会遇到。通过多年的科学研究，在滑坡地质勘探、选线及滑坡的发生发展规律方面，已取得许多成绩。但是，已有的成果不能满足国家建设和保证人民生命财产安全的需要，滑坡的防治仍然是一个国内外都尚未解决的问题，尤其在滑坡预报，土质加固方面仍需要科学界的共同努力。 1.植物与滑坡的关系   最早研究植被与滑坡关系的是美国学者Langbein-Schumm，他从植被入手研究了降水量和产沙量的关系。日本的研究人员统计了不同植被下的滑塌的发生率[1][2]，肯定

3、植被本身的抗拉，抗剪强度大于土体，具有固土护坡的功效，执印康裕从水文学、机械学两个方面研究了植被对表层滑坡影响机制，分析植被防止表层滑坡的发生、发展的力学作用，认为植被是防止滑坡发生发展的一种有效方法。中国的研究人员[3][4][5]从草、乔木、灌木出发，考虑了根系的锚固作用，叶片的蒸腾作用，研究了植物在滑坡防治中的作用以及植物对滑坡的防护效果，肯定了植被在滑坡防治中的作用。国际地科联滑坡工作组也把种植植物作为滑坡整治方案的一种手段并在世界各国推广。然而，在滑坡治理的实践中，植被与滑坡的关系远非这样简单，还有许多发

4、生滑坡的地方不仅植被完好，甚至是原生植被。以至于有人质疑[6]植物能在多大程度上阻止滑坡？甚至有人指出植被对滑坡的贡献[7]。那么，植物与滑坡究竟是什么样的作用关系？在滑坡的防治中，植物能起到什么作用？为什么在某些地方植物能够起到防护作用，而在另一些地方不能发挥作用，甚至产生了负面的作用，我们不得不从植被护坡的机理机制上进行分析。 2。当前关于植被护坡机理机制的几种理论   关于植被对滑坡的影响的机理机制，日本学者执印康裕从水文学、机械学两个方面进行了研究，认为主要是根系具有增加土质强度的机能作用，这种作用的大小主

5、要取决于坡面基岩特点、土层厚度、植被组成、林龄等因素。对于植被护坡的机理主要有几种说法：锚固作用说[8]、加筋作用说[7]、雨滴溅蚀说[8]、抑制坡面径流冲刷说、综合作用说[9]。2.1锚固作用说   锚固作用说认为植被护坡是因为植物根系的锚固作用。“锚固”原是工程技术科学中的名词，意为将被安装的物体可靠的固定在基材上，其中涉及到三种客体：基材、锚固件和被连接体。锚固件不但要完成被锚固件与基材的连接作用，更重要的是能有效的将外加荷载直接传递到基材上，从而达到安全、稳定、牢靠的功效。锚固作用说认为：植物的垂直根系穿过

6、坡体浅层的松散风化层，锚固到深处较稳定的岩土层上，起到预应力锚杆的作用。一般灌木主根可深达地下2m以上，对0.75～1.5m深处有明显的土壤加强作用，深根性灌木根系的锚固作用可影响到地下更深的岩土层。木本植物的垂直根系为深根，主根粗壮，扎入土层较深，其锚固端深一般为3～5m。垂直深根穿过边坡的软弱层或滑动面，以锚固与桩侧阻的方式对边坡起到加固作用，其作用类似于锚杆或抗滑桩。可以把根系简化为以主根为轴向、侧根为分支的全长粘接型锚杆来分析。假设土体的自然容重为y，根-土间的静摩擦系数为fu，地表下h1-h2深度处所有直

7、径大于1mm的根段参与抗拔力计算，则可以推导出h1-h2深度区间的根系提供的最大抗拔力。2.2加筋作用说   加筋作用说认为：草根可使土体强度提高，相对于松散的土层，植物根系具有较强的抗拉强度。在土层中，植物根系以加筋方式，增强土体的强度与斜坡的稳定性。草本植物的根系一般为直径小于1mm的须根，向下生长深度一般为0.75～l.5m，其根系在土壤中的分布特征是90%的根系分布在1～30cm的土层内。浅根类型的植物根系在边坡表土层中盘结缠绕，与土壤组成三维网状结构体，形成厚约30cm的加筋复合体保护层。根系以网兜作用方

8、式将土壤颗粒固定起来，在阻止坡面土壤颗粒被水流解离方面发挥着主要的功能。植物根系在土层中分布稠密，网兜作用效果好。从这个角度来讲，草本植物的须根效果最好。   此外，植物根系在土壤中生长，为微生物的生长提供了必要的生存环境，微生物可分泌出一种多糖化合物的粘液质凝胶，将土壤颗粒有效地团聚起来，减弱了坡面水流对土层的解离侵蚀作用。通过对有根与无根沙土、粘性土的三