谢潇 孙秀山

摘要：指出了近年来随着我国会路建设等工程活动的急剧增加，大规模的裸露边坡开始出现，对边坡土体的结构和原有植被产生了破坏，极易造成水土流失、边坡失稳、生态环境破坏等不良影响。边坡的生态防护不仅可以加固边坡土体，还能起到美化生态环境的作用。对边坡生态防护的主要方法进行了总结，并从水文效应和力学效应2个方面阐述了其防护机理。在此基础上，探讨了生态护坡技术目前研究中存在问题及发展的趋势。以供参考。

关键词：边坡;生态防护技术;水文效应;力学效应

中图分类号：P642 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2020）04-0192-02

1 引言

边坡被定义为岩土体在自然或人为作用下形成的，具有一定倾斜角度的临空面[1]。随着我国高速公路、铁路、水利水电等工程项目的大规模开展，在此过程中由于大规模的挖方和填方的进行，形成了很多裸露的边坡。这些边坡上原有的植被覆盖遭到破坏，同时边坡土体或者岩体原有的结构受到一定程度的扰动。这类边坡在降雨冲刷和气候条件反复变化的影响下，极易造成水土流失，甚至导致边坡失稳，河流淤堵，带来安全隐患和经济损失。在进行边坡防护工程设计的初期，人们只是考虑了整体结构的稳定性和水文地质条件。但却很少关注水土保持和景观生态[2]。而近些年来，人们的环保意识逐渐提高，边坡的生态恢复越来越受到重视。由此，生态护坡，即植被护坡技术逐渐发展起来。

边坡生态防护是在边坡防护过程中引入植物的做法。已有的研究表明，坡面上覆盖有植物可以有效降低雨水对边坡的冲刷作用，并且能防止风蚀。同时根系吸水等过程可一定程度降低土中的孔隙水压力，其次植物根系可以使土壤得到加固[3]。国内外众多的学者在边坡生态防护方面做过大量的机理和技术应用研究。叶建军[4]对生态护坡的方法进行了总结和分类。根据叶建军的分类，生态护坡的技术方法主要有两大类：一类是只使用植物的护坡方法。边坡上的植物可采用栽种法、扦插（埋置）法、铺草皮法及播种法。植物的种类可选取草本植物、灌木、藤本等及混合植物。另一类是在种植植物的同时配合其他工程防护措施。种植植物可以和其他坡面结构相混合，也可以和土工材料、与整地（坡）等水土保持工程配合，同时这些方法也可以互相配合。另外在使用植被护坡时也有学者[5]通过使用新型功能材料，来改善土壤性质，促进植物生长。生态护坡的的机理，据目前的研究概括起来主要包括水文效应和力学效应两个方面[6，7]。生态护坡的水文效应主要表现在植被对降雨的截留及削弱溅蚀、抑制径流作用[8]。其力学效应主要是指植物根系对边坡土体的加固作用，提高了边坡土体的抗剪强度指标。

由上述中可以看出生态护坡涉及到生态学、植物学、土壤学和岩土工程等多个领域。边坡的生态防护越来越受到重视。在生态护坡方面，根一土相互作用的力学效应是一个十分复杂的力学过程，相应的研究仍有待加强。并且植被护坡在工程应用方面，主要还是对生态环境起到美化作用，没有充分发挥其加固作用。因而生态护坡的机理研究有待进一步深入，而其技术方面亦有待于进一步推广应用。

2 边坡生态防护的方法总结

目前已有很多边坡在防护过程中采取了生态护坡的方法，本文主要参考叶建军[4]和陈莉[9]文章中的分类。

2.1 只使用植物的生态护坡方法

单独使用植物进行护坡时，边坡上的植物可以采用栽种法、扦插法、播种法、铺草皮（图1）4种方法[10]。这种方法比较简单，一般需要人工完成。通常适用于面积较小、坡度缓的土质或者沙土边坡。

2.2 植物与护面结构相配合

一般植被护坡会与开孔石材（可为片石和碎石）、开孔砖及框格（设槽）护面相结合。开孔砖是指带有空隙的砖，开孔石材是指在边坡防护材料中留有一定孔洞以便后期栽种植物的石材。框格（设槽）生态护面法是在边坡坡面上用混凝土、石材或者木材搭置成固定的几何形状框架，在框架之间的空隙栽种植被来进行坡面防护，以达到加固边坡和美化生态环境的双重目的，见图2[11]。

2.3 植物与土工材料相配合

在边坡防护中与植物相配合的土工材料主要包括土工格室、土工网、土工布、稻草帘及抗滑桩等。

土工格室是在边坡上铺设蜂窝状的塑料土工格室，在其中置土并栽种植物（图3）。这种土工格室可以收缩成柱状，方便运输。待使用时伸展成蜂窝状即可[4]。在挖方边坡的支护过程中，土质过硬时，需填土或喷射客土。这种情况下一般先在边坡上铺设土工网，再进行填土和栽种（或播种）植物。这种方法可使坡上种植的植物具备很好的整體性。土工网可以是平面的也可以是三维网，一般用树脂、铁丝、黄麻等多种材料制作。

通过植生带（毯）来在边坡上种植植物即植生带（毯）生态护面法，是20世纪80年代引进我国的一项技术。该技术是将植物种子、肥料、保水剂等用特定的工艺固定在无纺布或其他材料上，制成一定规格的布（或毯）状物。使用时摊铺在土质边坡上并固定即可。该方法成本低、方便运输，因加入了肥料及保水剂有利于植物的生长，目前已得到了广泛应用。土工布（毯）也通常用于边坡上种植植物过后的养护覆盖，防止植被生长初期土壤受到侵蚀。养护土工布（毯）也可以是农作物的秸杆等编织成的草帘。这样既能达到护坡的目的，且充分利用了秸秆。

在边坡防护过程中，抗滑桩也通常同其他护坡绿化方法一起使用，用于固定土工网、开孔砖，挡土墙等材料，并起到抗滑作用。而抗滑桩可用钢铁、树木、竹、塑料等制作。

喷射护坡绿化法近年来逐渐开始在我国被应用。这种方法效率、机械化程度较高，适用范围广泛。是用专门机械将特定配方（都含有黏结组分）的混合基材，喷射到需要防护和绿化的坡面上。一般与土工网和锚杆一起使用。喷层与土工网一起，能承受雨水侵蚀，并能快速绿化边坡。

2.4 植物与整地（坡）等水土保持工程配合

没有植被生长的边坡极易产生水土流失。在水土保持工程中为减轻这种状况，经常要对边坡开坑、挖沟，改变边坡局部坡度等整地工程，叶建军[4]将这些方法归纳为4种：开坑、（沟、孔）护坡绿化法、水平沟（等高沟）护坡绿化法、水平阶护坡绿化法、模拟自然地貌护坡绿化法。

2.5 综合类生态护坡方法

工程中时常遇到一些比较重要或者稳定性较差的边坡，这时候需要将以上提到的护坡方法中的一种或者几种联合使用，才能对边坡起到有效的防护和绿化。如：植被+护坡工程+土工材料护面绿化法系列、植被+整地工程+土工材料护面绿化法等。

3 边坡生态防护技术的原理

一般认为植被对边坡起到积极的作用。即一方面植物根系能使边坡土体得到加固，另一方面坡面上植物可以降低坡面径流的冲刷等。植被护坡的机理可用图4来做简单示意。前者是力学效应，后者是水文效应。以下将分别从这两个方面出发，来对生态护坡的机理进行简单阐述[12]。

3.1 边坡生态防护的水文效应

3.1.1 植物茎叶对降雨的拦截及削弱作用

当发生降雨时，一方面雨水的入渗会使得边坡岩土体含水率增大甚至达到饱和状态，使得边坡稳定性降低;另一方面，雨滴具有一定的动能和势能，当其滴落到边坡上会对边坡浅层土体造成渐蚀，破坏土体结构。坡面上植物茎叶对降雨的拦截及削弱作用。

当发生降雨时，植物的茎叶能截留一部分降雨，并且减缓降雨落到坡面的速度，从而减少了到达坡面的降雨量，降低了雨水对坡面的渐蚀，同时减缓了坡面土体含水率的提高。关于植被对降雨的截留有定性和定量两方面的研究。姚亚兰在西安南三环阳坡面进行的降雨简易测试，通过分析发现植被茎叶对降雨的截留作用显著，且截留作用的大小与边坡防护植被类型和种植密度等密切相关。目前普遍认为植物对降雨的截留量与降雨的强度、降雨时常、植被类型与森林冠层结构等因素有关[13]。

坡面上的植物存在特别是如果坡面上有落叶覆盖，也会明显降低甚至消除到达坡面的雨滴对其渐蚀[14]。

3.1.2 植被对坡面径流的抑制作用

由降雨或者其它原因引起的坡面径流，会冲刷边坡岩土体，引起水土流失。径流的速度和持续时间决定了土体遭受冲蚀的程度。低矮的草本植物和坡面上的落叶等覆盖物会降低坡面径流的速度，并使其发生分散，减少径流量。减轻径流对边坡的冲刷，降低坡面水土流失。Cao Longxi等通过径流模拟试验，对百喜草、香根草和黄花菜3种植被类型对边坡径流速度的减缓效果进行了研究[15]。

稍微高大的灌木等的深根从边坡深层吸收水分，其枝叶的蒸腾作用可使岩土体的中的水分降低，从而减少了边坡土层的孔隙水压力，提高了边坡的稳定性。

3.2 边坡生态防护的力学效应

植被护坡的力学效应表现在植被根系对边坡土体力学性质的增强作用，即根系对土体的加固作用。通过以往的研究可以看出，植被的根系能够增强土体的抗剪强度[16～19]。如图6所示，浅部根系主要作用是对边坡土体的加筋固化，深部根系主要起到锚固作用。植被根系能够提高边坡土体抗剪强度的原因在于：某些植被根部会释放黏性物质[20]，增加边坡土体粘聚力;植物根系自身抗拉强度较高，通过形成根土复合体，可以增大土体的内摩擦角。

4 生态护坡技术目前研究存在问题及发展评价

大量的研究表明生态护坡技术具有诸多的优点：边坡上的植物能够对边坡水土流失减弱及边坡稳定性提高起到积极的促进作用。边坡上的植物美化了生态环境，并且绿色植物也可对污染物质起到吸附和分解作用。对于生态护坡的研究已取得了大量的成果，但同時也存在着以下问题。

（1）生态护坡的机理还有待进一步的深入研究。目前对生态护坡的力学机制研究，大多停留在定性的研究上，在根土复合体的力学机制的研究方面还有待进一步深入。

（2）植被对边坡的防护是通过水文和力学两方面共同作用的，目前的研究中这两方面往往是单独进行的，会使得分析结果和实际存在偏差。

（3）对于植被对边坡的防护作用也存在着一些争议。有一部分学者认为植被根系的存在会使得土体中存在着一些大的孔隙，从而增加降雨人渗量，促进滑坡的形成。这一方面还需要进一步加强研究。

（4）植被护坡在工程应用方面，主要还是对生态环境起到美化作用，由于坡面上植物的生长需要一定周期，对边坡土体的固化作用也需要在一定时间后才能体现，因而植被还没有充分发挥其加固作用。

植被与边坡岩土体的作用是个复杂动态的过程，涉及到多个学科领域的知识。在研究植被护坡的机理时应把水文效应和力学效应结合起来。后期应用植被进行护坡时，应当关注掌坡面的水分特征，及养分状况保证植被的成活率，保障其加固效应的发挥。

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收稿日期：2020-02-10

基金项目：陕西省土地工程建设集团有限责任公司内部项目（编号：DJNY2019-22）

作者简介：谢潇（1992-），女，助理工程師，硕士，主要从事岩土工程方面的工作。