湖南省創(chuàng)新性試驗報告(最終)

1、湖南省大學生研究性學習和創(chuàng)新性實驗計劃項 目 申 報 表項目名稱： 強降雨條件下路基邊坡植被防護室內(nèi)沖刷試驗研究學校名稱長沙理工大學學生姓名專業(yè)名稱性別入學年份王玲巖土工程女2008陳樂巖土工程男2008王前巖土工程男2008鄭東書巖土工程男2008指導教師張永杰王桂堯職稱講師教授學科專業(yè)巖土工程項目研究和實驗的目的和要解決的主要問題：近年來，隨著我國高速公路建設的快速發(fā)展以及人類環(huán)境保護意識的不斷增強，邊坡防護技術(shù)越來越受到重視，防護措施也逐步從單純的工程防護向環(huán)境保護要求的植物防護轉(zhuǎn)變。在地質(zhì)災害頻發(fā)的當下，路域邊坡在強降雨條件下的防護顯得尤為重要，良好的邊坡植被防護具有提高坡面抗沖刷能力

2、，并兼顧保護生態(tài)、美化環(huán)境與保持自然景觀的作用，具有良好的生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益。因此，邊坡植被防護成為近年來研究的熱點之一。在日本，對邊坡綠化十分重視，其綠化工藝、技術(shù)和設備都具國際先進水平，除坡面必須的工程防護外，在邊坡穩(wěn)定條件下均采用植被防護以防止雨水沖刷、控制水土流失。國內(nèi)不同學者對邊坡植被防護進行了研究，例如：周德培和張俊云1、陳向波2探討了植被防護工程技術(shù)；張衛(wèi)平和董建輝3對山區(qū)高速公路生態(tài)恢復理論與實踐進行了分析；譚少華4對高速公路路基邊坡生態(tài)防護效果進行了調(diào)查研究與評價；趙警衛(wèi)和盧建國等5對七種生態(tài)護坡技術(shù)在高速公路邊坡中的應用效果進行了分析；胥應龍6以湖南高速公路為例對

3、植被護坡工程技術(shù)及其應用進行了研究；祝遵崚7系統(tǒng)研究了高速公路邊坡生態(tài)恢復及景觀重建技術(shù)；王潔8則對湖南西南山區(qū)高速公路邊坡木本植物建植技術(shù)進行了研究；上述研究主要針對不同邊坡型式下應選擇何種植被及其相應的建植方式，以及后續(xù)防護效果的對比分析，缺少對不同植被防護型式下邊坡表面抗沖刷試驗研究，以減少水土流失，保持坡面長期穩(wěn)定。若植被選擇不當，不但會影響綠化效果，而且會造成水土流失，降低工程防護的穩(wěn)定性，如下圖所示。 為此，蔣德松和陳昌富等9對巖質(zhì)邊坡植被抗沖刷能力進行了現(xiàn)場試驗；周立榮和向波等10對紅層軟巖生態(tài)防護面進行了抗沖刷現(xiàn)場試驗；程日盛11對邊坡生態(tài)防護進行了室內(nèi)沖刷試驗研究；程曄和方靚

4、等12則對高速公路邊坡CF網(wǎng)防護進行了抗沖刷室內(nèi)模型試驗。上述邊坡植被防護沖刷性試驗研究主要針對單種草種進行，未系統(tǒng)考慮強降雨條件下不同坡比、草種混合方式與建植方法對邊表層的沖刷影響，為此，本項目將在現(xiàn)有研究基礎上，結(jié)合西部課題“強降雨地區(qū)路域邊坡生態(tài)防護新技術(shù)研究”已有工作，并借用相關試驗裝置，通過室內(nèi)模型試驗對強降雨條件下路基邊坡植被防護抗沖刷能力進行研究。由此提出研究項目和實驗的目的以及要解決的主要問題。1. 研究項目和實驗的目的根據(jù)已有南方山區(qū)高速公路邊坡防護工程，選取34種有代表性的、常用的草種，采用34種建植方法在室內(nèi)模擬試驗裝置上進行種植、養(yǎng)護，通過強降雨模擬系統(tǒng)對不同生長期內(nèi)各

5、種植被防護方式所對應的邊坡進行不同降雨量的沖刷試驗，獲得不同降雨量與水、土流失量的關系曲線，并對同種植被防護方式下不同坡比與降雨量的關系進行試驗研究，以此對不同邊坡植被方式抗沖刷能力進行分析，為工程建設提供借鑒。2. 需要解決的主要問題對強降雨條件下路基邊坡植被防護抗沖刷試驗進行研究需要解決的主要問題為：（1） 植物的選擇和配比問題, 即各類草籽的比例是多少，單位面積內(nèi)各類草籽撒布量；（2） 試驗所用34種建植方法的確定；（3） 如何測定不同降雨條件下水、土流失量；（4） 強降雨所對應的模擬降雨量如何確定。參考文獻：1 周德培，張俊云. 植被護坡工程技術(shù). 北京：人民交通出版社，20002 陳

6、向波. 高速公路邊坡生態(tài)防護技術(shù)及其應用研究. 武漢理工大學碩士學位論文，2005，63 張衛(wèi)平，董建輝. 山區(qū)高速公路生態(tài)恢復理論與實踐. 北京：人民交通出版社，20064 譚少華. 高速公路路基邊坡生態(tài)防護效果的調(diào)查研究及評價. 華南理工大學 碩士學位論文，2005，55 趙警衛(wèi)，盧建國，王榮華. 七種生態(tài)護坡在高速公路邊坡的應用效果. 公路，2006，16 胥應龍. 植被護坡工程技術(shù)及其應用研究以湖南省高速公路為例. 湖南農(nóng)業(yè)大學碩士學位論文，2007，57 祝遵崚. 高速公路邊坡生態(tài)恢復及景觀重建. 南京林業(yè)大學博士學位論文，2007，68 王潔. 湖南西南山區(qū)高速公路邊坡木本植物建植

7、技術(shù)研究. 長安大學碩士學位論文，2008，129 蔣德松，陳昌富，趙明華等. 巖質(zhì)邊坡植被抗沖刷現(xiàn)場試驗研究. 中南公路工程，2004，29(1)：55-5810 周立榮，向波，周德培. 紅層軟巖生態(tài)防護面抗沖性現(xiàn)場試驗研究. 西南交通大學學報，2006，411 程日盛. 邊坡生態(tài)防護室內(nèi)沖刷試驗研究. 中外公路，2007，27(5)：34-3612 程曄，方靚，趙俊峰等. 高速公路邊坡CF網(wǎng)防護抗沖刷室內(nèi)模型試驗研究. 巖石力學與工程學報，2010，5研究和實驗的主要內(nèi)容及預期成果：1. 實驗的主要內(nèi)容針對將要研究強降雨條件下路基邊坡植被防護室內(nèi)沖刷試驗，根據(jù)現(xiàn)有研究成果與工程應用情況，擬

8、采用南方山區(qū)高速公路邊坡防護效果較好的百喜草、狗牙根、假儉草與高羊茅四種草種，建植方法主要采用無紡土工布、三維網(wǎng)格和土工格室三種，坡比主要考慮30、45與60，首先在45的情況下進行不同降雨量下各種植被防護情況下的沖刷試驗，然后選取典型組合進行變坡比試驗。最終得出三者的最優(yōu)化組合，為工程實踐提供依據(jù)。為獲得強降雨條件下不同混合草種在不同的建植方法下抗沖刷效果，擬在3種強降雨（均大于大雨模擬降雨量）條件下完成45坡比時的如下幾組室內(nèi)試驗：（1） 土工布+（百喜草+狗牙根+高羊茅）；（2） 土工布+（狗牙根+假儉草+高羊茅）；（3） 土工布+（假儉草+百喜草+高羊茅）；（4） 三維網(wǎng)格+（百喜草+

9、狗牙根+高羊茅）；（5） 三維網(wǎng)格+（狗牙根+假儉草+高羊茅）；（6） 三維網(wǎng)格+（假儉草+百喜草+高羊茅）；（7） 土工格室+（百喜草+狗牙根+高羊茅）；（8） 土工格室+（狗牙根+假儉草+高羊茅）；（9） 土工格室+（假儉草+百喜草+高羊茅）；上述試驗過程中，分別測試植草后不同降雨量下1個月、3個月、6個月與1年后的水、土流失量。根據(jù)試驗結(jié)果選取具有代表性的植被防護方式進行不同坡比抗沖刷試驗，坡比分別為30、45與60，降雨量同樣采用三種進行模擬。試驗所采用的裝置與測試系統(tǒng)將有指導老師所在的“強降雨地區(qū)路域邊坡生態(tài)防護新技術(shù)研究”西部課題項目組提供，具體尺寸如下圖所示，共需試驗模板10塊，

10、該模板可以改變傾斜角度。 具體試驗步驟為：（1）草種種植按相關規(guī)范，在上述的種植模板上按照試驗方案植草，定期養(yǎng)護，直至開始試驗，保證草長勢良好。（2）模擬強降水裝置，植被種植板，將種植板放在實驗架臺上調(diào)整好角度，固定。下方流失水土收集裝置安放好，調(diào)整出水量，準備實驗。如下圖。（3）模擬沖刷在草長至1個月、3個月、6個月與1年后分別進行不同雨量下的沖刷試驗。試驗設備、管道及噴頭布置如下圖所示。 本試驗研究的是在強降雨條件下植被的抗沖刷能力，通過查找資料可知，當水流量達到2.0mm/(min*m2)時，為強降雨，因此本試驗的降雨量分別為2.2mm/(min*m2)、2.4mm/(min*m2)、2

11、.6mm/ (min*m2)。（4）試驗前，開啟水泵30分鐘，將邊坡濕透。（5）安放種植板，調(diào)整出水量，檢查種植板植被生長情況記錄，確認植被生長良好，開始沖刷實驗，記錄一定時間內(nèi)植被的變化情況，收集流失水土，測量水土流失率，記錄數(shù)據(jù)進行比較。（6）試驗時，分四級雨量控制，每次強度降雨歷時十五分鐘，收集每級沖刷水量，在室內(nèi)可測得每次沖刷量。（7）降雨量用轉(zhuǎn)子流量計與水表共同測得。降雨面積可通過噴頭調(diào)節(jié)，每次降雨面積可實測。（8）收集水量每次取樣1500ml，取1000ml燒干，測得含泥量（X）。 單位面積沖刷量=（X總收集水量）/試驗面積根據(jù)室內(nèi)模擬試驗測試結(jié)果，可將各種建植方法下，不同混合草種以及不同坡比邊坡的沖刷情況繪制成折線圖進行比較。由以上試驗的結(jié)果可獲得試驗范圍內(nèi)最優(yōu)混合草種建植方法合理坡比組合，為工程建設與西部課題研究提供借鑒。2. 預期成果（1）繪制不同植