浅析植物根系对公路边坡的作用

摘要：通过分析植物根系对边坡土质的加筋作用，结合公路边坡的破坏机理和形式阐明植物根系在边坡防护上的作用，同时说明了植物护坡带来的环保效应。

关键词：边坡破坏　防护　植物加筋　环保效应。

中图分类号：X22　文献标识码：A　文章编号：1007-3973(2011)005-036-01

1.　公路边坡破坏机理及防护措施

1.1　边坡破坏机理

土质边坡的破坏主要有两种形式：一种是在水流的作用下表层发生冲刷：另一种是当降水的下渗使土体达到饱和，抗剪强度降低发生坍塌。公路边坡上坡为人工开挖的斜坡下坡为填土路堤，通常发生的破坏是上坡在降雨、融雪、冻胀等作用下土质变软发生冲刷和坍塌，下坡主要是受直接降雨和坡面径流的冲刷。冲刷作用下坡面上会形成许多小冲沟，不加以防止冲沟会发展威胁到路基的稳定；坍塌破坏主要有三种形式：落石型、滑坡型、流动性。有些坍塌破坏中三种类型同时存在。

1.2　常见边坡防护措施

现行的公路边坡防护措施有很多，常见的有布设土工格栅法，这种是针对路基下沉不明显只有路面开裂经过观察路面标高下降很小，可以采用这种方法；砌筑干砌石或浆砌石护坡；框格防护以及植物防护。

2.　植物根系对土体的加筋作用

2.1　根的加筋作用

植物护坡是一种重要的边坡防护形式，植物的根系生产迅速在土中盘根错节，使土体在根系延伸范围内形成一个整体。植物根系对土体的加筋作用主要是根土接触面的摩擦力把土中的剪应力转化成了根的拉应力，假设根的表面有足够的摩擦力使根不会被拉出，当土中有剪应力发生时会使根错动伸长产生拉应力T，T沿剪切面法线方向的力可增加剪切面上的正应力，沿剪切面切线方向的力可直接抵消剪切变形，于是根土复合体抗剪强度就会显著增加。封金才等人已经证明根土复合体的抗剪强度增量为：

S=1.2T*(Ar／A)

其中：S为抗剪强度增量；T为植物根系拉应力：Ar为土层断面上根的断面面积；A为土层断面总面积。

可见复合体的抗剪强度提高值取决与根的平均抗拉强度和根的面积比有关，即：根的抗拉强度越大复合体抗剪强度提高越多，根的面积比越大复合体的抗剪强度提高越多。

2.2　根的强度及面积比

植物根系的强度受植物的种类、生长环境、季节及根的生长方位影响而不近相同，但大量的实验结果显示根系的强度可达到70Mpa，一般为10－40Mpa之间，并且植物根系随直径的减小强度增加，细小的根对土的抗剪强度的提高具有更大的贡献，这是由于细根不仅强度高而且具有较大的比表面积，对抗剪强度提高贡献显著。根系在土中的含量随深度的增加而减小，在1.2米以下根系含量很小。植物的根系大多是横向生长的侧根，公路坡面为纵向倾斜，这种结构刚好满座根的比表面积较大。

2.3　植物加筋效果比较

图1为种草和不种草相同深度一点极限平衡状态应力圆的示意图。C1和C2分别为种草土和不种草土的粘聚力，σ1是大主应力，σ2、σ3为种草土和不种草土的侧向应力。从土中可以明显看出植物的加筋作用显著提高了土体的抗剪强度。试验结果表明种草土的内摩擦脚略有提高但变化不大，而粘聚力却又显著提高，其粘聚力C1可以称为加筋的似粘聚力。

以上图形是试验分析结果，应该说明在实际植根加筋作用的效果比这还要明显，因为在取土的过程中，土体内部根系盘根错节，十分困难，土体受到了很大程度的扰动，实际侧向应力减小的还要多。

3.　植物护坡的环保效应及综合评价

3.1　环保效应

与其他边坡防护方法相比植物护坡有其特有的优点，它不像护坡或布设土木格栅法那样将整个边坡完全覆盖，破坏了地下水的补给通道，影响生态平衡。植物护坡不仅在很大程度上保护了边坡的稳定性，而且能够美化路容，协调环境，保持公路土壤的温湿度，维持生态平衡。

3.2　综合评价

在公路边坡土体整体稳定的情况下，利用植物根系对其进行防护，简单易行效果显著，尤其是对浅层土壤在加筋作用下根土复合体的抗剪切强度得到很大提高。同时由于植物的存在边坡表层径流速度变缓，对边坡的侵蚀能力下降；另外，植物在边坡变成形成了保护层，大部分降雨不能直接降落到边坡上，极大的减轻了降雨对边坡的破坏作用。

参考文献：

[1]周锡九，赵晓峰，坡面植草防护的浅层加固作用[J]，北方交通大学学报，1995，19(2)：143-146.

[2]封金财，王建华，植物根的存在对边破稳定性的作用[J]，华东交通大学学报，2003，20(5)：43-45.