草皮护坡植被防护效果试验研究word可复制可编辑.doc

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1、 :/ docin /week114草皮护坡植被防护效果试验研究钟春欣，张玮，应翰海（河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京 210098）摘要：草皮用于河渠护岸工程可对基土起到有效的防护作用。与降雨形成的坡面侵蚀相比，河道径流冲蚀具有水深大、水流急、流态复杂的特点，因此植被对于河道迎水坡面的防护效果亦有所不同。室内径流冲蚀试验表明，植被对基土的防护效果十分显著，随着流速的增大，植被对基土的防护作用也随之减弱。设置加筋材料能够显著提高天然草皮的抗冲蚀性能，尤其是在流速较大的情况下，加筋材料的抗冲蚀优势更为显著。在相同植被及坡面条件下，冲蚀模数随着冲刷流速的增大而增加，与流速成正比

2、。关键词：冲刷防护；植被；三维植被网；加筋草皮；冲蚀模数；试验研究1前言植被护坡是指用活的植物，单独用植物或者植物与土木工程和非生命的植物材料相结1场的表面防冲层，不仅减弱了河道径流对岸坡的冲刷作用，对于岸坡表层基土也起到了有效的防护作用。为提高天然草皮的抗冲防护性能，常用土工织物或混凝土块进行加固，称之为加筋草皮。采用土工合成材料中的三维植被网垫加固边坡和堤坝是近年来出现的一种岸坡防护新技术，因其成本低廉、施工便利及防护效果理想而被应用于各类边坡防护工程，近年来在河道迎水面护坡中亦开始有所应用。23456抗侵蚀作用以及经济成本进行了试验研究，其结果表明采用该项技术的坡面土壤流失量是纯草皮防护

3、区的 20%以下。与降雨等地表径流集中形成的坡面冲刷不同的是，岸坡受到的河道径流冲蚀具有水深大、水流急、流态复杂的特点，因此对于草皮护坡植被防护效果的研究亦不能停留于坡面侵本课题得到水文水资源与水利工程科学国家重点实验室开放基金资助（2004405211）-1-合，以减轻坡面的不稳定性和侵蚀 。在护岸工程中，草皮作为低渗透性河渠中抵御外部流国内对于三维植被网加筋草皮已开展了相关的研究和应用，最早由陈人豪等 对三维植被网垫自身的结构性能进行了开发性的试验研究；李济群等 通过实验比较证实了立体土工网具有更为优越的防水冲刷性能；邱国锋 等进行了将三维植被网护坡技术应用于新台高速公路的边坡防护的尝试，

4、达到了理想效果；王连新 介绍了三维植被网护坡技术在三峡工程中部分风化砂土边坡防护工程的应用；陈析 对三维植被网结合喷播建坪防护的施工技术、 :/ docin /week114蚀的层面，需结合河道径流的特点有针对性地进行分析和研究。本文拟在上述研究的基础上，在室内开展关于天然草皮及加筋草皮抵御河道径流冲蚀的植被防护效果试验研究，探讨草皮防护基土的作用机理，对比加筋材料的防护效果，以期在植被护坡技术向河道整治工程的推广应用中进行有益的探索。2试验设计与方法本次试验选用了两种低渗透性土壤：黄壤，水稻土。其中黄壤属于粘土类轻粘土，水稻土属于壤土类重壤土，其性质指标见表 1 和表 2。采用分层填充砸实的

5、方法使土壤容重上下均匀，容重控制在 1.5g/cm 左右。考虑到实际河道中水位变动以及降雨入渗对边坡土体强度及植被生存的影响，试验前将箱内土体及植被用静水淹没浸泡 12 小时，使边坡土体充分浸润。试 验 植 被 选 用 耐 淹 性 强 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的比例进行混播。植被平均高度 10cm（经过修剪处理），在特制的模型箱内进行室外养护，水稻土和黄壤种植的草皮养护时间分别为 4 个月和 2.5 个月。试验使用的加筋材料为 EM3 型绿色三维土工网垫，其性

6、能参数见表3。试验用三维植被网加筋草皮（及天然草皮）试件的制备工序为：模型箱内充填土壤（铺网覆土）播种前期养护。试验设备由离心式清水泵、配水管路及地下回水廊道、LDZ-4B 型电磁流量计、阀门、钢尺、PVC 板模型箱和封闭有机玻璃水槽等构成，试验装置如图 1 所示。鉴于本次试验工作旨在对植被护坡的防护效果进行对比研究，试验中不考虑坡度及坡长变化的影响，坡度设置为水平，坡长依据模型箱尺寸定为 70cm。试验过程中观察草皮的冲刷情况，测量草皮破坏前后的土体深度，记录相应的试验现象及冲刷时间。表1试验土壤土粒含量（）粒级(mm)黄壤水稻土0.2512.80.5170.25-0.053.57.330.

7、05-0.0119.735.30.01-0.00511.312.40.005-0.00112.418.70.00555.647.3物理性粘粒0.00544.452.7表2试验土壤有机质含量检测表检测项目单位OM%N%PppmKppmPHECmS/cmCECmg/100g实测数据黄壤水稻土0.3950.7790.160.197痕迹1.6230.01304.105.560.6280.054612.514.9-2- :/ docin /week114表3EM3 型绿色三维土工网垫性能指标型号单位面积质量厚度纵向拉伸强度横向拉伸强度EM3260 g/m212 mm1.4 kN/m1.4 kN/m过渡段

8、玻璃水槽过渡段来流图 1试验装置示意图出流3试验结果与分析3.1 试验数据12），按下式计算：饱和gV冲蚀模数At1 2式中饱和3 3 2t 为冲刷时间（h）。试验选择了裸露边坡、天然草皮护坡、加筋草皮护坡三种护坡形式进行对比研究。不同流速条件下（淹没历时均为 12 小时）不同护坡形式的冲蚀模数见表 4（水稻土）和表 5（黄壤）。表 4三种护坡形式的冲蚀模数对比（水稻土，4 个月生长期）护坡形式裸土天然草皮加筋草皮试验流速4m/s5m/s4m/s5m/s4m/s5m/s冲蚀模数(gm2h1)4285714.304501800.7220451.7341563.884117.8230075.94占

9、裸土百分比0.48%0.92%0.10%0.67%占天然草皮百分比20.13%72.36%-3-冲蚀模数是指一定水流条件下单位时间单位面积的泥沙冲刷量（质量时间 面积（ gh m ）为土壤的饱和容重（g/ m ），V 为冲蚀土壤体积（m ），A 为冲蚀面积（m ）， :/ docin /week114表 5三种护坡形式的冲蚀模数对比（黄壤，2.5 个月生长期）护坡形式裸土天然草皮加筋草皮试验流速2m/s3m/s2m/s3m/s2m/s3m/s冲蚀模数(gm2h1)338839.29373344.979216.96109847.19885.483751.09占裸土百分比2.72%29.42%0.

10、26%1.00%占天然草皮百分比9.60%1.27%3.2 草皮对基土的防护效果试验表明，植被对裸露基土的防护作用极其显著。以水稻土为例，与裸露基土相比，在流速为 4m/s 的水流条件下，天然草皮与加筋草皮的冲蚀模数分别占裸土的 0.48%和 0.10%，即其冲蚀模数比裸土分别减小了 99.52%和 99.90%，植被对基土的防护效果十分显著；当流速达到 5m/s 时，天然草皮与加筋草皮的冲蚀模数比裸土分别减小了 99.08%和 99.33%。可见随着流速的增大，植被对基土的防护作用也随之减弱。这是由于当水流条件达到一定强度后，植被茎叶的覆盖保护作用减弱甚至消失，床面近底流速增大，床面附近的泥

11、沙颗粒因失去庇护而受到更大的水流拖曳力，导致更多的泥沙起动，冲蚀模数也相应增大。有无植被的防护效果对比见图 2。500000045000004000000350000030000002500000200000015000001000000500000植被抗冲蚀效果对比(水稻土12h)40000035000030000025000020000015000010000050000植被抗冲蚀效果对比(黄壤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图 2有无植被防护效果对比图3.3 有无加筋材料的植被防护效果对比加筋材料能够显著提高天然草皮的抗冲蚀性能，尤

12、其是在流速较大的情况下，加筋材料的抗冲蚀优势更为显著。-4-冲蚀模数(gm-2h-1)冲蚀模数(gm-2h-1) :/ docin /week114以水稻土为例，以三维植被网作为加筋材料的草皮和天然草皮相比较，在流速为 4m/s的水流条件下，加筋草皮的冲蚀模数为天然草皮的 20.13%；当流速达到 5m/s 时，加筋草皮的冲蚀模数仅占天然草皮的 72.36%。由此可见，随着流速的增大，加筋材料的抗冲蚀优势愈加显著。这是因为三维植被网的立体网络构造限制了网下大尺寸土块的起动。有无加筋材料的植被防护效果对比见图 3。45000400003500030000加筋材料抗冲蚀效果对比(水稻土12h)12

13、000010000080000加筋材料抗冲蚀效果对比(黄壤12h)25000600002000015000100005000400002000004流速(m/s)5天然草皮加筋草皮02流速(m/s)3天然草皮加筋草皮图 3有无加筋材料防护效果对比图3.4 冲蚀模数与冲刷流速的关系试验数据表明，在相同植被及坡面条件下，冲蚀模数随着冲刷流速的增大而增加，与流速成正比。图 4 显示了天然及加筋草皮护坡在径流冲刷下各自的冲蚀模数随流速变化的趋势。冲蚀模数与流速关系曲线12000010000080000600004000020000011.522.533.544.555.5流速(m/s)水稻土天然草皮水

14、稻土加筋草皮黄壤天然草皮黄壤天然草皮图 4冲蚀模数与流速的关系-5-冲蚀模数(gm-2h-1)冲蚀模数(gm-2h-1)冲蚀模数(gm-2h-1) :/ docin /week1144结论（1）植被对基土的防护效果十分显著，随着流速的增大，植被对基土的防护作用也随之减弱；（2）加筋材料能够显著提高天然草皮的抗冲蚀性能，尤其是在流速较大的情况下，加筋材料的抗冲蚀优势更为显著；（3）在相同植被及坡面条件下，冲蚀模数随着冲刷流速的增大而增加，与流速成正比。参考文献1 周培德，张俊云。植被护坡工程技术M。中国北京：人民交通出版社，2003，153160。2 陈人豪，李济群。固土网垫应用研究铁路边坡铺网

15、垫植草被防护试验J。天津纺织工学院学报，1999，18（2）：2124。3 李济群，杨春立。固土网垫防水冲刷性能研究J。天津纺织工学院学报，2000，19（4）：3436。4 邱国锋，王孟霞。三维植被网护坡在高速公路边坡中的试验J。重庆交通学院学报，2002，21（1）：7476。5 王连新。土工网复合植被护坡法在三峡工程中的应用J。人民珠江，1999，4：3839。6 陈析。新台高速公路加筋草皮护坡技术研究J。公路交通科技，2001，18（2）：97100。-6- :/ docin /week114Experimental Research on Erosion Resistance ofV

16、egetation in Revetment engineeringZHONG Chun-xin, 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 as

17、cribing rainfall, river runoff erosion has larger 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 reduc

18、es 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： scour prevention； vegetation； threedimensional vegetation net；reinforcedturf；erosion module；experimental research作者简介：钟春欣，女，1977，博士研究生，主要从事生态护坡技术研究，02583787991，cxzhonghhu.edu 张玮，男，1958，教授，博导，主要研究领域为航道工程、海岸工程，02582787706，zhangweihhumail.edu 应瀚海，男，1982，硕士研究生，主要从事生态护坡技术研究，02583787991-7-