工程防护与加固

岩土边坡工程防护与加固—生物护坡

前言

工程护坡主要采用坡面防护、支挡防护、冲刷防护等工程措施，这些措施对维护边坡稳定和防侵蚀效果较好，但破坏了自然生态的和谐，而且随时间推移，混凝土老化、钢筋腐蚀、强度降低等，从而使护坡效果变差。生物护坡是利用植被涵水固土原理在稳定岩土边坡的同时进行边坡生态恢复的技术。

一、岩土边坡分类与破坏类型

“边坡”是由工程活动或自然形成的，其位移和变形可能对邻近的环境有影响的斜坡。

边坡的两个本质特点是：一，有一定坡度；二，它的位移和变形对环境可能造成影响。

开发建设形成的落露边坡不仅造成水土流失和生态破坏，也是各类地质灾害源，分析图如下：

降雨径流作用貌损坏原植被边坡

二、边坡的破坏类型

边坡工程病害包括：风化剥落、掉块落石、崩塌、倾倒、溃屈、坍塌、溜塌、坍滑、滑坡、错落等。边坡危害发育的特征是：类型复杂，数量多、规模大、危害重，不同地貌差异大，软弱岩层中密集发育等。边坡病害工程抢险救灾应具有可控制性、抗干扰性、时效性、安全性、协调性等特点。

三、生物护坡

1、

生物护坡主要依靠植物根系的力学效应和植被的水文效应。力学效应包括生根加锚和浅根加筋作用。水文效应包括降雨截流、减弱溅蚀、抑制地表径流等。在边坡防护工程中大量采用植物防护不仅可以起到加固、防护的作用，而且能够美化环境，是的人的行为与环境保护相协调。

2、植物根系固坡稳定性分析

2.1 根系的锚固作用分析

当坡体破坏时，坡体中起到锚固作用的植物根系会出现两种破坏情况：一是从土体中拔出，二是被拉断。一般情况下，木本植物根系抗拉强度较高，出现拔出的可能性较大，草本植物根系强度较低，可能被拉断。

1)单根锚固作用分析。

○1保证边坡稳定时根系应该提供的最小锚固力计算。没有一浅层潜在不稳定边坡，

ABCD 为潜在滑体，潜在滑面上下土体的天然容重分别为12,r r 现取一局部滑体进行分析，如下图1所示。

图1中，1,+v v E E 为滑体两侧受相邻土体；V W 为滑体重力；V F 为穿过潜在滑面根系v 的锚固力；v L 为根系v 锚固长度；v α为滑体重力和滑面法向的夹角；v θ为根系与坡面的夹角（00900<

（1）

v v v v v v V v cl N F E W E +++=++ϕθαtan cos sin 1（2）

近似假定v v E E =+1则有

v v v v V v v v V cl F W F W +++=ϕθαθαtan )sin sin (cos sin （3）

实际上，式（3）中的v v F θsin 在力分解的时候存在，但考虑到根系实际是受拉的，不会增加滑体的摩擦力，因此，忽略其增加摩擦力的作用。此时，式（3）为

v v V v v v V cl W F W ++=ϕαθαtan sin cos sin （4）

由式(4)可得

(5)

式（5）中的v F 为保证2根系应该提供的最终小锚固力。

○

2根系的抗拉力计算。设根系的抗拉力强度为r T ，则根系的抗拉力 r

r T r F ⋅=2π (6)

○

3根系实际能提供的最大锚固力（由最大静摩擦力提供）如图2，设任意穿过潜在滑面的

根系v 的锚固段长为

v L ,用条分法来计算根系表面的应力，从而计算出根系锚固力。将v L 等

分出v n 份，则每条的宽度为

v

v v n l b βcos ⋅=（7）

式中

v β为根系与水平线的夹角。

第i 土条底部根系表面每单位面积所受到的土压力为

∑=⋅=⋅+⋅=2

1

2211j ij ij i i i i i r h r h r h σ（8）

v v v v v F W N θαsin cos +=v

v v v V v cl W F θϕααcos )tan cos (sin (--=

式中，ij h —第i 土条第j 层土层的厚度；

ij r —第i 土条第j 层土层的天然容重。

则第i 土条底部根系表面每单位面积所受的垂直于根系的土压力为

v j ij ij v i ni r h ββσσcos cos 2

1

⋅⋅=⋅=∑=（9）

设根系v 与土之间摩擦系数为v μ，则第i 土条底部根系第的最大静摩擦力为

⋅⋅=⋅⋅⋅=v v v v v v ni v i n L r n L r F ππσμ22v

μv j ij ij

r h

βcos 2

1

⋅⋅∑=（10）

整个锚固段v L 根系所受的最大静摩擦力为

v v j ij ij

n v v v n i

r h

n L r F

F vi vi μβπμ⋅⋅⋅⋅==

∑∑

∑===cos 21

211

（11）

若根系与潜在的滑面的夹角为v θ（00900<

v v j ij ij

n v v v v v H r h

n L r F F vi μβθπθμ⋅⋅⋅⋅⋅==∑∑

==cos sin 2cos 1

21（12）

由μF 分解的根系垂直于坡面的分力H F 在计算坡体稳定的时候是不考虑的，因为如果将根系与滑面交点处的位移δ也分解为垂直于坡面的位移分量H δ与平行于坡面方向的分量k δ的话，当滑动发生时，H δ基本是零，而H F 的产生要以H δ为前提，所以实际上H F 对于滑面摩擦力的增加不起作用。平行于滑面的抗滑力为

v v j ij ij

n v v v v v k r h

n L r F F vi μβθπθμ⋅⋅⋅⋅⋅==∑∑

==cos cos 2cos 1

21（13）

如果计算涉及的土层更多，比如v m 层，则以上公式中的∑

=1

2j 改为

∑

=1

ij m 即可。此计算

结果也适用于不规则坡面与潜在滑面。

○

4局部稳定性判断。对局部潜在滑体i ，有μF F v ≤，稳定；μF F v >，不稳定。此时

有两种可能的破坏情况：r F F ≥μ，根系拉断破坏；r F F <μ，根系拔出破坏。

○

5根系最小锚固力计算。当μF F v ≤时，局部是稳定的。此时，可以据此求出根系的

最小锚固长度。μF F v ≤有

v v v m ij ij

n v v v F r h

n L r ij vi ≥⋅⋅⋅⋅∑∑

==μβπcos 21

1（14）

可求得保证局部边坡稳定的根系v 锚固长度