1、 :/ docin /week114草皮護坡植被防護效果試驗研究鐘春欣，張瑋，應翰海河海大學水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，南京 210098摘要：草皮用于河渠護岸工程可對基土起到有效的防護作用。與降雨形成的坡面侵蝕相比，河道徑流沖蝕具有水深大、水流急、流態復雜的特點，因此植被對于河道迎水坡面的防護效果亦有所不同。室內徑流沖蝕試驗說明，植被對基土的防護效果十分顯著，隨著流速的增大，植被對基土的防護作用也隨之減弱。設置加筋材料能夠顯著提高天然草皮的抗沖蝕性能，尤其是在流速較大的情況下，加筋材料的抗沖蝕優勢更為顯著。在相同植被及坡面條件下，沖蝕模數隨著沖刷流速的增大而增加，與流速成正比。關

2、鍵詞：沖刷防護；植被；三維植被網；加筋草皮；沖蝕模數；試驗研究1前言植被護坡是指用活的植物，單獨用植物或者植物與土木工程和非生命的植物材料相結1場的外表防沖層，不僅減弱了河道徑流對岸坡的沖刷作用，對于岸坡表層基土也起到了有效的防護作用。為提高天然草皮的抗沖防護性能，常用土工織物或混凝土塊進行加固，稱之為加筋草皮。采用土工合成材料中的三維植被網墊加固邊坡和堤壩是近年來出現的一種岸坡防護新技術，因其本錢低廉、施工便利及防護效果理想而被應用于各類邊坡防護工程，近年來在河道迎水面護坡中亦開始有所應用。23456抗侵蝕作用以及經濟本錢進行了試驗研究，其結果說明采用該項技術的坡面土壤流失量是純草皮防護區的

3、 20%以下。與降雨等地表徑流集中形成的坡面沖刷不同的是，岸坡受到的河道徑流沖蝕具有水深大、水流急、流態復雜的特點，因此對于草皮護坡植被防護效果的研究亦不能停留于坡面侵本課題得到水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室開放基金資助2004405211-1-合，以減輕坡面的不穩定性和侵蝕 。在護岸工程中，草皮作為低滲透性河渠中抵御外部流國內對于三維植被網加筋草皮已開展了相關的研究和應用，最早由陳人豪等 對三維植被網墊自身的結構性能進行了開發性的試驗研究；李濟群等 通過實驗比擬證實了立體土工網具有更為優越的防水沖刷性能；邱國鋒 等進行了將三維植被網護坡技術應用于新臺高速公路的邊坡防護的嘗試，到達了理

4、想效果；王連新 介紹了三維植被網護坡技術在三峽工程中局部風化砂土邊坡防護工程的應用；陳析 對三維植被網結合噴播建坪防護的施工技術、 :/ docin /week114蝕的層面，需結合河道徑流的特點有針對性地進行分析和研究。本文擬在上述研究的根底上，在室內開展關于天然草皮及加筋草皮抵御河道徑流沖蝕的植被防護效果試驗研究，探討草皮防護基土的作用機理，比照加筋材料的防護效果，以期在植被護坡技術向河道整治工程的推廣應用中進行有益的探索。2試驗設計與方法本次試驗選用了兩種低滲透性土壤：黃壤，水稻土。其中黃壤屬于粘土類輕粘土，水稻土屬于壤土類重壤土，其性質指標見表 1 和表 2。采用分層填充砸實的方法使土

5、壤容重上下均勻，容重控制在 1.5g/cm 左右。考慮到實際河道中水位變動以及降雨入滲對邊坡土體強度及植被生存的影響，試驗前將箱內土體及植被用靜水淹沒浸泡 12 小時，使邊坡土體充分浸潤。試 驗 植 被 選 用 耐 淹 性 強 且 易 于 繁 殖 的 狗 芽 根 (Cynodon dactylon) 和 高 羊 茅(Festucaarundinacea)，按照狗芽根 75、高羊茅 25的比例進行混播。植被平均高度 10cm經過修剪處理，在特制的模型箱內進行室外養護，水稻土和黃壤種植的草皮養護時間分別為 4 個月和 2.5 個月。試驗使用的加筋材料為 EM3 型綠色三維土工網墊，其性能參數見表3

6、。試驗用三維植被網加筋草皮及天然草皮試件的制備工序為：模型箱內充填土壤鋪網覆土播種前期養護。試驗設備由離心式清水泵、配水管路及地下回水廊道、LDZ-4B 型電磁流量計、閥門、鋼尺、PVC 板模型箱和封閉有機玻璃水槽等構成，試驗裝置如圖 1 所示。鑒于本次試驗工作旨在對植被護坡的防護效果進行比照研究，試驗中不考慮坡度及坡長變化的影響，坡度設置為水平，坡長依據模型箱尺寸定為 70cm。試驗過程中觀察草皮的沖刷情況，測量草皮破壞前后的土體深度，記錄相應的試驗現象及沖刷時間。表1試驗土壤土粒含量粒級(mm)黃壤水稻土0.2512.80.5170.25-0.053.57.330.05-0.0119.73

7、5.30.01-0.00511.312.40.005-0.00112.418.70.00555.647.3物理性粘粒0.00544.452.7表2試驗土壤有機質含量檢測表檢測工程單位OM%N%PppmKppmPHECmS/cmCECmg/100g實測數據黃壤水稻土0.3950.7790.160.197痕跡1.6230.01304.105.560.6280.054612.514.9-2- :/ docin /week114表3EM3 型綠色三維土工網墊性能指標型號單位面積質量厚度縱向拉伸強度橫向拉伸強度EM3260 g/m212 mm1.4 kN/m1.4 kN/m過渡段玻璃水槽過渡段來流圖 1

8、試驗裝置示意圖出流3試驗結果與分析3.1 試驗數據12，按下式計算：飽和gV沖蝕模數At1 2式中飽和3 3 2t 為沖刷時間h。試驗選擇了裸露邊坡、天然草皮護坡、加筋草皮護坡三種護坡形式進行比照研究。不同流速條件下淹沒歷時均為 12 小時不同護坡形式的沖蝕模數見表 4水稻土和表 5黃壤。表 4三種護坡形式的沖蝕模數比照水稻土，4 個月生長期護坡形式裸土天然草皮加筋草皮試驗流速4m/s5m/s4m/s5m/s4m/s5m/s沖蝕模數(gm2h1)4285714.304501800.7220451.7341563.884117.8230075.94占裸土百分比0.48%0.92%0.10%0.6

9、7%占天然草皮百分比20.13%72.36%-3-沖蝕模數是指一定水流條件下單位時間單位面積的泥沙沖刷量質量時間 面積 gh m 為土壤的飽和容重g/ m ，V 為沖蝕土壤體積m ，A 為沖蝕面積m ， :/ docin /week114表 5三種護坡形式的沖蝕模數比照黃壤，2.5 個月生長期護坡形式裸土天然草皮加筋草皮試驗流速2m/s3m/s2m/s3m/s2m/s3m/s沖蝕模數(gm2h1)338839.29373344.979216.96109847.19885.483751.09占裸土百分比2.72%29.42%0.26%1.00%占天然草皮百分比9.60%1.27%3.2 草皮對基

10、土的防護效果試驗說明，植被對裸露基土的防護作用極其顯著。以水稻土為例，與裸露基土相比，在流速為 4m/s 的水流條件下，天然草皮與加筋草皮的沖蝕模數分別占裸土的 0.48%和 0.10%，即其沖蝕模數比裸土分別減小了 99.52%和 99.90%，植被對基土的防護效果十分顯著；當流速到達 5m/s 時，天然草皮與加筋草皮的沖蝕模數比裸土分別減小了 99.08%和 99.33%。可見隨著流速的增大，植被對基土的防護作用也隨之減弱。這是由于當水流條件到達一定強度后，植被莖葉的覆蓋保護作用減弱甚至消失，床面近底流速增大，床面附近的泥沙顆粒因失去庇護而受到更大的水流拖曳力，導致更多的泥沙起動，沖蝕模數

11、也相應增大。有無植被的防護效果比照見圖 2。500000045000004000000350000030000002500000200000015000001000000500000植被抗沖蝕效果比照(水稻土12h)40000035000030000025000020000015000010000050000植被抗沖蝕效果比照(黃壤12h)04流速(m/s)5裸土天然草皮加筋草皮02流速(m/s)3裸土天然草皮加筋草皮圖 2有無植被防護效果比照圖3.3 有無加筋材料的植被防護效果比照加筋材料能夠顯著提高天然草皮的抗沖蝕性能，尤其是在流速較大的情況下，加筋材料的抗沖蝕優勢更為顯著。-4-沖蝕模數

12、(gm-2h-1)沖蝕模數(gm-2h-1) :/ docin /week114以水稻土為例，以三維植被網作為加筋材料的草皮和天然草皮相比擬，在流速為 4m/s的水流條件下，加筋草皮的沖蝕模數為天然草皮的 20.13%；當流速到達 5m/s 時，加筋草皮的沖蝕模數僅占天然草皮的 72.36%。由此可見，隨著流速的增大，加筋材料的抗沖蝕優勢愈加顯著。這是因為三維植被網的立體網絡構造限制了網下大尺寸土塊的起動。有無加筋材料的植被防護效果比照見圖 3。45000400003500030000加筋材料抗沖蝕效果比照(水稻土12h)12000010000080000加筋材料抗沖蝕效果比照(黃壤12h)2

13、5000600002000015000100005000400002000004流速(m/s)5天然草皮加筋草皮02流速(m/s)3天然草皮加筋草皮圖 3有無加筋材料防護效果比照圖3.4 沖蝕模數與沖刷流速的關系試驗數據說明，在相同植被及坡面條件下，沖蝕模數隨著沖刷流速的增大而增加，與流速成正比。圖 4 顯示了天然及加筋草皮護坡在徑流沖刷下各自的沖蝕模數隨流速變化的趨勢。沖蝕模數與流速關系曲線12000010000080000600004000020000011.522.533.544.555.5流速(m/s)水稻土天然草皮水稻土加筋草皮黃壤天然草皮黃壤天然草皮圖 4沖蝕模數與流速的關系-5-

14、沖蝕模數(gm-2h-1)沖蝕模數(gm-2h-1)沖蝕模數(gm-2h-1) :/ docin /week1144結論1植被對基土的防護效果十分顯著，隨著流速的增大，植被對基土的防護作用也隨之減弱；2加筋材料能夠顯著提高天然草皮的抗沖蝕性能，尤其是在流速較大的情況下，加筋材料的抗沖蝕優勢更為顯著；3在相同植被及坡面條件下，沖蝕模數隨著沖刷流速的增大而增加，與流速成正比。參考文獻1 周培德，張俊云。植被護坡工程技術M。中國北京：人民交通出版社，2003，153160。2 陳人豪，李濟群。固土網墊應用研究鐵路邊坡鋪網墊植草被防護試驗J。天津紡織工學院學報，1999，182：2124。3 李濟群，

15、楊春立。固土網墊防水沖刷性能研究J。天津紡織工學院學報，2000，194：3436。4 邱國鋒，王孟霞。三維植被網護坡在高速公路邊坡中的試驗J。重慶交通學院學報，2002，211：7476。5 王連新。土工網復合植被護坡法在三峽工程中的應用J。人民珠江，1999，4：3839。6 陳析。新臺高速公路加筋草皮護坡技術研究J。公路交通科技，2001，182：97100。-6- :/ docin /week114Experimental Research on Erosion Resistance ofVegetation in Revetment engineeringZHONG Chun-xin

16、, ZHANG Wei, YING Han-hai(State key Laboratory Of Hydrology-Water Resources And Hydraulic Engineering, HohaiUniversity, Nanjing 210098)AbstractTurf that used in revetment engineering can protect bank soil effectively. In comparison withslope erosion ascribing rainfall, river runoff erosion has large

17、r depth, rapider flow, and more complexflow condition. Therefore the protecting effect of vegetation for river side slope is different.Laboratory scour experiment shows that, the protecting effect of vegetation for bank soil is veryremarkable and reduces with the increase of velocity. Reinforcement materials can improve theerosion-resisting characteristics of natural turf remarkably, especially in large velocity situation. Underthe same vegetation and slope conditions, erosion module is in direct ratio to velocity.Key words： scou