1、第 25 卷第 2 期巖石力學與工程學報Vol.25 No.2 2006 年 2 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb.，2006SNS 主動防護條件下邊坡綠化及穩定性探討羅陽明1，雷承弟2，周德培1，楊濤1(1.西南交通大學巖土工程系，四川成都 610031；2. 中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川成都 610072)摘要：主動 SNS 為一種開放式的防護方法，其安裝方便快捷，施工簡單，防護效果好，已經在國內多處水電、交通、礦山等領域得到廣泛應用。主動SNS也給植被防護提供了很大的空間，但由于條件所限，國內將主動

2、SNS與植被恢復相結合的實例并不多，相關方面的研究也較少。簡要地介紹了現階段邊坡綠化的主要方法，討論主動SNS 與植被恢復相結合的方法。此外，還討論主動 SNS 與植被共同作用下邊坡的穩定性，并提出一種簡化的計算模型用以驗算邊坡安全系數。最后，用一個工程實例對所提出的模型進行驗算。關鍵詞：邊坡工程；柔性防護系統；邊坡穩定性；綠化；植被護坡中圖分類號：P 642.22 文獻標識碼：A 文章編號：10006915(2006)02023506DISCUSSION ON VEGETATION METHODS AND STABILITY OF SLOPESREINFORCED BY SNS ACTIVE

3、 PROTECTION SYSTEMLUO Yang-ming1，LEI Cheng-di2，ZHOU De-pei1，YANG Tao1(1. Department of Geotechnical Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu，Sichuan610031，China；2. ChengduHydroelectric Investigation and Design Institute，China Hydropower Consulting Group，Chengdu，Sichuan610072，China)Abstract：

4、SNS(safety netting system) active protection is an open system to reinforce slopes. Considering its meritseasy to install，high efficiency，low cost and artistic effect on slopes，it has been widely used in many fields of domestic industries，such as hydropower station，civil transportation and mining en

5、gineering. Though the feasibility of combining herbage protection with the SNS active system does exist，few practical engineering usingthis method were put into effect. The study on this issue is also scarce. In this paper，the authors summarize the conventional ways to afforest slopes，discuss the fe

6、asibility of combining SNS active system with slopevegetation，and suggest that three vegetation ways can be used to the slopes reinforced by the SNS active system.The authors also advise proper amendment of these vegetation ways. A new method of evaluating the stability ofthe slope protected by the

7、flexible active protection system is put forward. The reinforcing effect of slope protection with herbage at shallow layer is demonstrated；a simplified geometrical model to simulate the situation of the slope is proposed，from which formulas used to calculate safety factor can be deduced；and a practi

8、cal engineering slope is used to testify the formulas. The results show that the formulas are applicable. The followingconclusions can be drawn as follows：(1) the SNS active protection can successfully reinforce slopes；(2) the SNS-herbage protection overcomes the inconvenience of traditional ways to

9、 reinforce slopes，improves the effectof the vegetation，and becomes a developing method with ecological and social benefits. So，the SNS combinedwith herbage protection is recommended.Key words：slope engineering；flexible protection system；slope stability；vegetation；herbage protection收稿日期：20050821；修回日期

10、：20050930作者簡介：羅陽明(1979)，男，2000 年畢業于西南交通大學土木工程專業，現為博士研究生，主要從事邊坡綠化及穩定性方面的研究工作。E-mail：。 236 巖石力學與工程學報 2006 年目的。1 引言SNS(safety netting system)是瑞士布魯克公司開發研制的一種邊坡防護系統，它是利用鋼絲(繩)作為主要構成部分來防護崩塌落石危害的柔性安全防護系統。該系統包括主動系統和被動系統兩大類型。主動系統是通過錨桿和支撐繩固定方式將鋼絲(繩)網覆蓋在有潛在崩塌落石災害的坡面上，阻止塌落石發生和限制崩巖活動范圍，防止落石危害；被動系統是一種能夠攔截和堆存崩巖的金屬柔

11、性柵欄式攔石網，以具有足夠高強度和柔性的鋼絲(繩)網為主體，以最少量的錨桿和最少量的開挖來實現最快速的施工安裝。主動 SNS 自 1995 年引入中國以來，已經在多處工程邊坡中得以應用，并且取得較好的防護效果。不少與 SNS 相關的資料110都顯示：主動 SNS 為恢復坡面的植被創造了良好條件，可進行人工植被綠化。盡管如此，由于資金、技術等條件限制，國內相當一部分采用主動SNS進行防護處理的坡面都未進行專門的植被恢復，相關方面的研究也較少。本文結合現有的邊坡植被恢復技術，討論適用于在主動 SNS 條件下邊坡綠化的方法，分析了各種綠化方法在實際動用中需要進行改進的地方，并對邊坡在主動SNS加固和

12、植被防護的條件下的穩定性進行了初步的探討。2 主動柔性防護的加固原理及特點主動柔性防護系統是通過錨桿和支撐繩以固定的方式將鋼繩網蓋在坡面上，從而實現主動防護的主動 SNS 布置如圖 1 所示。它的機制是通過固定在錨桿或支撐繩上并施以一定預張拉的鋼絲(繩)網，以及在用作風化剝落溜坍或塌落防護目的中抑制細小顆粒撒落或土體流失時輔以金屬格柵網或土木格柵，對整個邊坡形成連續支撐，其預張拉作業使系統緊貼坡面并形成了局部巖坡或土體移動或在發生細小位移后將其裹縛于原位附近的預應力，從而實現其主動防護的功能。該系統在作用原理上類似于噴錨支護和錨釘墻等面層護坡體系，然因其柔性特征能使系統將局部巖土體中下滑力向四

13、周均勻傳遞以充分發揮整個系統的防護能力，從而使系統承受力提高。與圬工結構為代表的傳統方法相比，主動 SNS具有柔性和高強度，更適用于抗擊集中荷載或高沖擊荷載(限于被動系統)。該系統安全可靠，施工作業具有快速和標準化的特點。此外，該系統設置后視覺干擾較小，可最大限度地維持原地貌和植被，美化環境，其在環保方面的社會效益是其他方法所無法比擬的。3 主動 SNS 適用的綠化方法3.1現有綠化方法簡介目前在我國巖石邊坡工程中進行植被恢復的方法主要有以下 4 類方法：第 1 類是客土植生，其做法是首先在巖石邊坡層面營造一定的帶養份的有機土層，在此基礎上對巖石邊坡進行植被恢復。這些方法包括：(1)植草皮護坡

14、；(2)植生帶護坡；(3)香根草護坡；(4)液壓噴播植草綠化；(5)挖溝植草綠化；(6)有機基材噴播綠化。第2 類是土工材料綠圖 1 主動 SNS 布置圖Fig.1 Sketch map of SNS active protection system第 25 卷第 2 期羅陽明等.SNS 主動防護條件下邊坡綠化及穩定性探討 237 化。這類方法是先在坡面上墊上一層土工材料，然后再將含有養份和草種的復合材料噴附到坡面上。土工材料綠化方法主要有：(1)掛三維網噴播植草綠化；(2)土工格柵植草綠化；(3)土工格室植草綠化。第 3 類是框格客土綠化，其原理與第 2 類方法相似，主要的不同就在于它采用混

15、凝土框架梁等圬工結構在坡面上做出可容納客土的空間，在框架內填土再進行植被恢復。這些方法包括：(1)鋼筋混凝土骨架內填土反包植草綠化；(2)鋼筋混凝土骨架內加筋填土植草綠化；(3)鋼筋混凝土骨架內加土工格室植草綠化；(4) 漿砌片石框格植草護坡；(5)錨索格子梁植被護被。第4類就是種植攀爬或垂吊植物為主垂直綠化。3.2現有綠化方法對主動 SNS 的適用性分析在第 1 類的綠化方法當中，植草皮護坡和植生帶護坡這兩種方法一般情況下只應用于坡率應緩于11 的邊坡。鋪草皮以后要維持草皮的正常生長，除了后期養護外，還需要足夠的土壤來保水和保肥，因此，這種方法僅適合于邊坡坡面有一定厚度土壤的情況，對中等強度

16、風化的巖性邊坡不適用。此外，由于坡面上已經加一層鋼絲網，鋪上去的草皮不能貼緊坡面，很容易產生“離析”的現象，因而就無法保證植物的根系的正常生長。加之新鋪的的草皮和植生帶容易遭受各種災害，如病蟲害、缺水、缺肥等，前期管理難度較大；后期澆水、追肥、除蟲等工作要及時跟上，而主動 SNS 常用在偏遠山區，后期養護工作難以做到，因此，采用主動 SNS 的邊坡不宜用這兩種方法進行植被恢復。對于香根草護坡和挖溝植草綠化這兩種方法，要進行植被恢復首先也都要也要保證原坡面上有一定厚度的土層，并且還要在坡面上開挖一定寬度與深度的溝槽。考慮到現場的條件限制及施工的難度，這兩種方法對主動SNS經常進行防護的硬質巖邊坡

17、顯然是不實用的。液壓噴播植草綠化與有機基材噴播綠化這兩種方法的區別主要在于營造有機土壤層的方式不一樣。液壓噴播植草綠化主要運用在較緩的邊坡，需要原坡面有一定的土層，在一些強風化的坡面也可以運用這種方法。而有機基材噴播綠化方法可以運用在裸露的高陡巖石坡面上，它給坡面營造一層 10 cm 左右的土壤層，足以讓不少草本植物正常生長。由于兩者都是通過液壓將含有草種的營養混合物噴坡面上，坡面上的主動 SNS 的防護網不會對方法化產生不利的影響。在實際工程中，由于直接液壓噴播綠化在強風化巖石邊坡綠化效果不是很好，因而推薦有機基材噴播方法對邊坡進行綠化。對于第 2 類方法，其基本原理是相同的：用三維植被網或

18、土工格柵將噴播于坡面的肥料與種子固定，便于植物的生長。三維網內可填種植土和草籽，具有防沖刷和有利于植物生長的兩大功能。因為該系統要求在用于防止細碎巖土體剝落時也需要安裝鐵絲格柵或三維土工網墊，因而可以直接結合主動SNS同步安裝。但此類綠化方法只適用于坡率為11 以下強風化巖石坡面，因而實用范圍也不是很廣。一般情況下，第 3 類綠化方法很少與主動 SNS配套使用。因為這類方法的前提就是要先在坡面是搭筑各類的圬工防護體，如：鋼筋混凝土骨加、漿砌片石框格、錨索格子梁等。若已經采用 SNS 主動系統對邊坡進行加固，從經濟及時間等各方面考慮，不太可能再采用這些方式對邊坡進行加固。第 4 類方法是指栽植攀

19、爬性和垂吊性植物，用以遮蔽坡面或混凝土及圬工砌體表面，達到綠化和美化環境的目的。不少采用主動 SNS 的邊坡都比較陡峭，有的坡率甚至在 10.3 以上。在這么陡的邊坡上，其他的綠化方法很難達到較好的綠化效果，采用垂直綠化不失為一種不錯的選擇。主動 SNS 使整個坡面為鋼絲網所覆蓋，而這些鋼絲網所形成的框架為攀爬植物提供了一個很好的平臺，它們的莖會長出許多卷須，抓住鋼絲網，向上攀爬。從上面的分析可知，可以與主動 SNS 結合對坡面進行植被恢復的綠化方法主要有：(1)有機基材噴播綠化；(2)掛三維網植草綠化；(3)垂直綠化。4 SNS 主動系統與植被共同作用下邊坡的穩定性分析用植被對邊坡進行措施防

20、護具有比較獨特而良好的防護效益、景觀效益和經濟效益。但客觀而言，單純利用植被防護的初期效果要差一些，因為由于生物在生長初期時根系發育有限，難以迅速充分地同表層土壤有效結合，形成抵御雨水沖刷的防護面；其次，純生物護坡存在著易受強降雨或常年坡面徑流的沖蝕而形成溝槽的問題，因此，可將植被的防 238 巖石力學與工程學報 2006 年護系統與主動 SNS 相結合，形成一種新型的柔性防護系統。該系統不僅可以承受較大的下滑力，同時也可植物配套實現植被防護，使植物根系的固土作用與坡面防護系統結為一體，從而起到抑制坡面破壞和水土流失。4.1植物根系加筋作用的定性分析由草本植物根系的分布特征可知，根系在土中分布

21、的密度自地表向下逐漸減小，逐漸細弱。在根系盤結范圍內，邊坡土體可看作由土和根系組成的根土復合材料，草本植物的根系如同纖維的作用，因此可按加筋土原理分析邊坡土體的應力狀態，即把土中草根的分布視為加筋纖維的分布，且為三維加筋。這種加筋為土層提供了附加“黏聚力” c ，它使原土體的抗剪強度向上推移了距離 c ，同時又因限制了土體的側向膨脹而使 3增大到 3，在 1不變的情況下使最大剪應力減小，這兩種作用使邊坡土體的承載能力提高。根系對土層的加筋作用如圖 2 所示。溜塌的失穩狀態。邊坡淺層失穩計算圖如圖 3 所示，用以分析坡體淺層穩定性。假設坡體表層破壞深度為D，沿a，b，c三段發生塌滑，容重為 。各

22、段滑體的重力分別為 W1，W2，W3，相應下滑力為 T1，T2， T3；相應抗滑力分別為 R1， R2， R3。坡角為 。假設單位寬度主動 SNS 鋼絲網所提供的拉力為S。設滑體的內摩擦角為 ，黏聚力為 c。圖 3 邊坡淺層失穩計算圖Fig.3 Calculation sketch of slope stability analysis with SNS各段重力：=WD2cot( / 2)1W=Dh (1) 2=/ sinWD2cot( / 2)3o圖 2 根系對土層的加筋作用(1)未考慮鋼絲網作用的下滑力：= Wsin( + )T11Fig.2 Reinforcement of roots

23、to soil= WsinT22 (2) = )Wsin(土中根的含量不同，根對土的加筋作用的效果不同，從而植物對邊坡穩定性的影響程度就不同。根是隨著深度增加在土中的含量越來越少的。衡量抗滑力：=WT33cos( + ) tan 根在土中的含量的一個關鍵的指標是根的面積比R11= WR22 + chcostan/ sin (3) =cos( ) tan 率，它指的是在一個土層斷面上(水平斷面或垂直斷面)根的截面面積占總斷面面積的比率。對土體WR33+ cD / sin而言，植被完全覆蓋后，20 cm 以內土體的抗剪強度提高了70%，50 cm以內土體的抗剪強度提高了30%3。4.2主動 SNS

24、 對邊坡穩定性的影響主動SNS所防護的邊坡一般只是淺層的局部失穩，勘察時可確定可能下滑的塊體。在進行系統R1+總的下滑力 T = T1+ T2+ T3，總的抗滑力R =R2+ R3，因此，可得邊坡的安全系數為F = R / T = (R1+ R2+ R3) /(T1+ T2+ T3) (4)(2)考慮鋼絲網作用的下滑力：T1 = W1sin( + ) = Wsin (5) 安裝時也會對這些塊體進行特殊處理，通常是用一整塊鋼絲網將其包緊在內。因此，本文只分析局部T22 = WT33() + SDcotcos第 25 卷第 2 期抗滑力：羅陽明等.SNS 主動防護條件下邊坡綠化及穩定性探討 239

25、 鋼絲繩通過它將錨桿(繩)、鋼絲繩網片連成整體。 =RWcos(+ SD sin +錨桿選用 32 mm螺紋鋼，設計抗拔力不小于60 11)cot tanSD = WR22 =cotcoscos tan + chcos(/ sin sin (6)kN，錨入穩定巖層深度不小于 2 m。由以上數據可知，單位寬度內有20根縱向鋼RW+ SD+33)cot tan絲，鋼絲網的抗拉強度取為1 770 MPa5，因此，cD / sin 單位鋼繩絲網所能提供的最大抗拉力 Smax= 20 同理，可得到在鋼絲網加固定作用下邊坡的安 d241770 106=135 kN，由圖 3 中的幾何關系可全系數為F =

26、R / T =( R1 + R2 + R3 )/( T1 +T2 + T3 ) (7)若坡體產生局部溜塌的深度只是 50 cm 左右，此范圍內的在植物根系仍較發達，在計算坡體的穩定性時應該考慮植被根系對它的影響。由節4.1 的分析可知滑體的內摩擦角和黏聚力將由 ，c增加為 ， c 。由式(2)(4)可知，即便是未加上主動SNS，植被護坡后坡體的穩定性亦能得到一定提高。若坡體產生局部溜塌的深度到了 1 m 以下，此范圍內的植被的根系已經比較稀疏，在計算時可以不考慮根系對坡體穩定性的影響。此時主動 SNS將對坡體穩定性起到關鍵的作用。比較式(4)與(7)可知，由于鋼絲網拉力拉一方面直接給滑體的 提

27、 供 了 抗 滑力 ， 另 一 方 面 也 加 大 了 滑 體 與 底 面 的 摩 擦 力 ，因而滑體的安全系數也有一定幅度的提高。因此，采用主動 SNS 與植被防護共同邊坡進行加固，若同時考慮植被根系對滑體內摩擦角和黏聚力的提高及鋼絲網對坡體的作用力，邊坡的穩定性將可得到明顯的提高。4.3算例分析寶蘭二線寶天段吻水河大橋與老柴窩 2 號隧道進口之間左側山坡，位于渭河右岸。自然坡上陡下緩，高達百余米。山體上部為坡率 10.3 的陡峭山崖，基巖裸露、植被稀疏，且存在傾向線路的不利結構面，傾角約為30。受風化作用影響，坡面巖體節理裂隙發育，裂隙寬度最大可達 0.4 m，一般深12 m，局部 34

28、m，間距 1.54 m。裂隙內大部分為松土、樹根雜草填充，少部分無填充。此工程邊坡采用了 GPS2 型 SNS 主動柔性系統進行防護。鋼絲繩網采用 DO/08/300 型，尺寸為 4 m4 m。鋼絲格柵由直徑為 2.2 mm 的熱鍍鋅鋼絲編制而成，網孔尺寸為 50 mm50 mm，用 8 mm 鋼絲繩縫合繩連接在支撐繩上。縱、橫向支撐繩則采用 16 mm知：= 73 = 43 = 17。驗算中根據現實情況 h 取 3 m，坡體后緣張開裂隙深度為 4 m，即D/cot = 4 m，因此 D = 1.2 m。強風化破碎巖體的強度取值 c = 50 kPa， = 20；容重 = 25 kN/m3。將

29、這些數值代入式(1)(4)，可得未采用主動SNS之前邊坡的安全系數 F =1.43。在采用柔性防護之后，出于安全方面考慮，假定鋼絲繩網在正常工作狀態所能提供的拉力為其最大值的一半，即S =0.5 Smax，代入式(5)(7)可得加固后邊坡的安全系數為 F = 2.37。由上述的計算結果可知，對該工程邊坡而言，在采用了主動 SNS 進行防護之后，邊坡的安全系數了有明顯的提高，已經達到加固的目的，可以滿足線路正常運營的安全要求。5 結語SNS 充分利用柔性材料的易鋪展性，適應各類坡面地質災害防護。主動 SNS 的開放性保護原有植被及其生長條件給實施人工綠化提供了可能。現階段國內的采用主動SNS加固

30、的邊坡再進行植被恢復并不是很多，現有的研究較少涉及對如何將植被防護與主動 SNS 結合。針對此現狀，本文結合現有的植被護坡工程技術，對各種綠化方法與主動 SNS結合的可能性作了初步探討，對進行植被恢復后邊坡的淺層穩定作了定性的分析。此外，本文還提出了一種簡化的計算模型，對采用 SNS 加固的邊坡的穩定性進行了定量的分析。計算結果表明，采用主動SNS可使邊坡安全系數比原來有較大幅度的提高。因此，SNS 作為一種開放式的系統，可以根據配合多種植綠化方法對邊坡進行綜合防護，既可保證高大邊坡的穩定，確保道路安全暢通，又能恢復山體因開挖而破壞的植被，達到綠化、美化山體的效果。 240 巖石力學與工程學報

31、 2006 年Compilation Group of Peoples Republic of China. The Common參考文獻(References)：1 賀詠梅，陽友奎.崩塌落石 SNS 柔性防護系統的設計選型與布置J.公路，2001，(11)：1420.(He Yongmei，Yang Youkui. Designselecting type and arrangement of SNS flexible protection system in rockfall fieldJ. Highway，2001，(11)：1420.(in Chinese)2 李有志，彭偉，陽友奎，等

32、.論 SNS 邊坡柔性防護工程實踐中的幾個問題J. 中國地質災害與防治學報，2004，15(增)：4750.(Li Youzhi，Peng Wei，Yang Youkui，et al.Some problems concerned with the practice of SNS slope flexible protectionsystemJ.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2004，15(Supp.)：4750.(in Chinese)3 周德培，張俊云.植被護坡工程技術M. 北京：人民交通出版社，2003.(Zho

33、u Depei，Zhang Junyun. Bio-geotechnical Technology ofVegetationM. Beijing ：China Communications Press ， 2003.(in Chinese) 4 錢家歡，殷宗澤.土工原理與計算(第二版)M. 北京：水利電力出 版 社 ，1995.(Qian Jiahuan ，Yin Zongzhe. The Principle andCalculation of Geotechnical Engineering(Second Edition)M. Beijing ： Water Resources and Electric Power Press ， 1995(inChinese) 5 中華人民共和國