对比分析植物固坡与灌浆固坡的原理和适用环境

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1、对比分析植物固坡与灌浆固坡的原理和适用环境　　传统边坡防护措施以工程防护为主，如全坡面锚杆喷浆、护面墙等，这些措施虽然具有防护功能，但吞噬了绿色，严重破坏了路域生态环境和公路景观。随着时代的发展和科技的进步，植物根系固坡方式逐渐进入人们的视野。一般而言，随着植物生长，植物根系越来越发达，其固坡作用就会越来越明显。但大多数植物根系分布在地表以下1.5m深度范围内，某些深根植物的根系甚至可以达到5m以下深度；而在2m以下深度范围内，无论单根直径，还是根系的总体密度都大幅度减小，故其加固效果就十分有限。　　因此，

2、植被可以抑制表层水土流失及浅层滑坡，但对于深层滑坡的防治则效果不明显。浅层破坏一般发生在2～3m岩土体范围内，尤以纯土体边坡、具有覆盖土层的边坡为主。3～10m次深层破坏往往规模较大，滑动面处于较深的位置，对其进行灌浆固坡无疑是一个较好的选择，因为其灌浆深度、灌浆孔位置可以人为控制。但传统的灌浆材料为水泥砂浆，是刚性材料，其抗压强度高、抗拉强度低，往往通过抗剪发挥加固作用；而化学类有机高分子灌浆材料能使结石体具有部分植物根系特点，属于半刚性材料，可受拉、压、弯的共同作用，不会发生脆性破坏。　　本文对植物根系

3、固坡和化学类有机高分子灌浆材料固坡方式进行对比研究和分析，可为类似工程边坡处治提供参考。　　1、植物根系固坡原理及其适用范围　　1.1植物根系固坡的力学原理　　1.1.1根系固坡的力学分析与适用条件　　植物根系对坡体稳定性的影响程度与根的直径、长度以及根的延伸方向有关。植物的根必须穿过边坡的可能滑移面（最理想的情况是能伸进基岩的裂隙中，或者扎入较稳定土层），这样根系才能起到锚固土体的作用。禾本科、豆科植物和小灌木在地下0.75～1.5m深处有明显的土壤加强作用，树木根系的锚固作用可影响到地下更深的岩土层。试

4、验表明，同一树种根的直径越细，则抗拉强度越高，其相关公式为　　Tr=nTm（1）式中：　　Tr为树根的抗拉强度，MPa；D为树根的直径，mm；n、m为给定树种参数，树种不同，n、m的参数也不同，n的范围为29.1～87，m的范围为-0.76～-0.45。　　对于直径2～50mm的各种类型树根，其抗拉强度约为8～80MPa。　　随着树木的生长，树木根系单根的强度会越来越大，较粗的树木根系有一定的抗剪强度。乔木根系的抗剪强度的对数与根系直径之间有较好的线性相关关系。　　1.1.2土体中根系受力破坏特点　　根的抗

5、拉强度随植物种类的不同而有区别，但一般都较土壤的抗拉、抗剪力大许多倍，特别是林木根系，所以大多数植物的根系在土体破坏时，比如滑坡发生时，基本都被拉出，说明根系与岩土体间的摩擦（或锚固）起着控制作用。　　1.1.3植物侧根的作用　　周跃对植物侧根的作用做了很多研究。他对云南松进行了观测研究，并得出在地表以下40cm的土层中侧根密集，一般占总根系生物量的60%以上，这些侧根顺坡延伸，相互盘绕，与土壤一起形成基本与坡面平行的根际土层的结论。周跃把乔木侧根对土体的作用称为斜向牵引效应。根据根－土间存在的摩擦型粘合键

6、的破坏实质，得出植物侧根的斜向牵引效应可增强表面土层抗张强度的结论，并预测了根所能提供的最大抗张力。单根在受力拉断时的拉断力为：　　Fb=ArT（2）。　　式中：Tr为根的拉断力；Ar为根的横截面面积；T为根的抗张强度。　　在给定面积的土壤中，拉断所有的根的拉力为：　　?∑Fb=∑(niFbi)=π/4(niDi2Ti)(3)　　故在给定面积的土壤中，所有侧根所能提供给土层的抗张强度的增量为：　　△τ=∑Fb/Ab　　式中：△τ为侧根抗张强度增量；Ab为给定土壤

7、的垂直截面面积。　　1.2根系固坡的有效深度和范围　　一般认为，根系的锚固作用有效深度在2m左右，即对坡体的浅表层作用明显。而解明曙通过对黄土地区生长的灌木－拧条（Caraganakorshinskii）根系做原位水平挤出法剪切测定结果，提出以单位剪切面积（A）中直径大于0.4cm的各根系横截面积之和（AR）所占比重（AR/A）大于0.1％为判定林木根系固坡力学强度有效范围的定量指标值。通过室外拉拔测试得出，乔木树种白榆固坡有效深度（HRf）与地径（D0）的关系式　　为：　　Hrf=0.294+0.068D

8、0（5）　　(r=0.906)。　　式中：HRf为固坡有效深度；D0为地径；r为相关关系的回归相关系数。　　2、化学类有机高分子灌浆材料固坡原理及其适用范围　　2.1化学类有机高分子灌浆材料固坡原理　　近年来，灌浆处治技术得到较大的发展，已是一项成熟的技术。目前灌浆材料已从单一纯水泥浆，发展到各种掺合料水泥浆和各类化学浆材。化学浆材具有较高的抗冲击、抗压、抗弯、抗拉强度等。　　灌浆固坡作为一种特殊的施工方法，其工