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1、生态防护黄土路堑边坡坡型设计摘要：本文以郑西客运专线湿陷性黄土路段为例，建立边坡计算模型，通过有限元法对开挖工况的变形分析及极限平衡法对安全系数的分析，得出基于稳定性考虑的坡型设计方案。并在此基础上，考虑生态防护的要求，提出适于生态防护的黄土路堑边坡合理坡型。关键词：生态防护 ，黄土边坡， 坡型近年来，生态环境保护的要求和全国绿色通道建设的需要，使得越来越多的生态护坡技术应用于铁路、公路、市政工程的边坡防护。然而，我国黄土路堑边坡的坡型设计主要是在工程类比法的基础上按照规范进行，设计的边坡形式以窄平台陡边坡的阶梯式为主。调查发现，在这种的窄平台陡边坡坡型上进行植物防护的效果并不理想。 为此，本
2、文以郑西客运专线湿陷性黄土路段为例，探讨考虑生态防护要求的黄土路堑边坡的合理坡型。 1 基于稳定性分析的坡型设计 1.1计算原型概况 郑西客运专线湿陷性黄土路段属黄河二级阶地，地形总体平坦开阔，两侧略高，高程400430m，相对高差约30m。地层人工填土（Q4ml）、砂质黄土(松软土)（Q3eol+al）、砂质黄土（Q3eol+al）、砂质黄土（Q3eol+al）。 1.2有限元分析 1. 2.1 建立计算模型 边坡的单级坡高、坡比和平台宽度是边坡设计中需要重点考虑的问题，它直接关系到黄土边坡的稳定性、经济性和生态性。将三者最优化组合，是黄土边坡坡型设计的指导思想。考虑不同的设计坡型，分别建立
3、计算模型，并划分网格。在不同坡型的计算模型建立中，原始坡面线、地层界线和开挖路基面的位置始终固定，只改变坡型（即开挖线）。 计算模型设计中，坡型主要参数为单级坡高：6m、8m、10m；平台宽度：3m、4m、5m；坡比：1：0.75、1：1.0、1：1.25，共计算坡型27种。 1. 2.2 定义计算分析变量 边坡在开挖工况中由于开挖卸荷势必会在坡体内产生应力调整，调整的结果是产生坡体变形位移场，主要分析如下2.个计算变量： （1）边坡最大位移Us （2）最大位移高度（路基面到边坡最大位移点的竖直高度）Hus 1. 2.3 计算结果分析 开挖工况下，边坡和路基主要表现为卸荷回弹，位移矢量以竖向分
4、量为主，受原始地形与开挖后边坡形状的控制。 边坡最大位移Us在各设计坡型下的计算结果如图2所示。由图分析得，总的变形趋势是随坡比的增大，Us也相应的增大。边坡在开挖工况下表现为卸荷回弹，坡比越缓，则坡体开挖范围越大，相应的回弹位移也越大。在坡比单级坡高相同的条件下，则是台阶越宽，位移越大，这一变形特征同样表明坡体开挖范围越大，则边坡开挖变形越大。而在坡比台阶宽度相同的条件下，则是单级坡高越高，位移越小。 对应于边坡最大位移Us的最大位移高度Hus基本反映了和单级台阶高度的相关性，如图3所示。当单级台阶高度为8-10m时，Hus等于单级台阶高度，当单级台阶高度为6m时，Hus随坡比和台阶高度有一
5、定变化。 开挖工况中变量Us和Hus均表现出和坡形的强烈相关性，若以Us和Hus尽可能小为设计原则，则该模型的最佳单级坡高应该为8m或10m，台阶宽度宜较小，坡比宜较陡。 因此，通过对开挖施工下黄土边坡的变形规律分析，初步筛选出较合适的边坡坡型，即单级坡高8-10，平台宽度3-4m，坡比1：0.75-1：1。 1.3极限平衡分析 作为工程应用，安全系数的计算是不可或缺的。因此，本文利用二维刚体极限平衡方法，对前面研究所得到的较为合理的边坡坡型做进一步论证分析，以确定最终边坡坡型。安全系数计算结果如表2所示。 极限平衡稳定性分析计算结果表明，h8x4s100（单级坡高8m，平台宽4m，坡比1：1
6、）的坡型为基于稳定性分析的最优坡型。 2.基于生态防护考虑的坡型设计 2.1黄土边坡坡面植物生长状况的调研 根据对自然黄土斜坡和人工开挖黄土边坡坡面植物生长状况的调研，边坡坡比陡于1：0.5，坡面草本植物生长不良，边坡开挖数十年后，在自然环境下坡面仍难以恢复。即使采用人工方法快速恢复植被，草本植物也会很快退化死亡。而边坡较缓时，随着时间的增长，草本植物会逐渐侵入黄土坡面并定居繁衍，形成稳定的植物群落。 2.2黄土边坡坡度对植物生长的影响 植物防护主要依靠坡面植物的地下根系及地上茎叶的作用保护坡面不受冲刷侵蚀。因此，为充分发挥植物对边坡稳定性的有利作用，边坡坡型必须满足其上植物的生长要求。 上述
7、调研表明，黄土边坡的坡度对坡面植物生长有影响。日本学者山寺喜成对边坡坡度与植物根系的延伸做了较深入的研究。通过研究发现：生长在坡面上草本植物的根系，往往向坡面下方延伸，几乎不向坡面土层深处延伸。当坡比增大、坡面変陡时，根系分布变得稀薄。即使在坡面水土条件良好，其根系先端部位形成疏松风化土层的条件下，根系可能仍向坡面下方延伸的现象。因此，当边坡坡度过陡时，草本植物难以长期稳定地定居于坡面。木本植物的根系特征完全不同于草本植物，木本植物的根系生长虽然也随坡度而变化，但当边坡坡度增大时，根系仍可向山坡侧延伸。而且，根系先端部位一旦形成风化土层，就有根系向其内部延伸，因此，木本植物有较强的固定坡面风化
8、土层的功能，可以防止滑坡等边坡破坏的发生。相对于黄土陡边坡，若黄土坡度较缓，则木本植物的生长更良好，更容易快速地完全覆盖坡面，起到防护的作用。 综上所述，从利于坡面植物生长、快速起到防护作用的角度考虑，黄土边坡的坡比不宜陡于1：1。 3 结论 本文通过具体实例，探讨了生态防护黄土路堑边坡的合理坡型设计。从稳定性角度出发，得出单级坡高8m，平台宽4m，坡比1：1的坡型设计方案。从发挥生态防护绿色环保及提高边坡稳定性的积极作用的角度出发，综合前人研究结论及大量现场调研结果，得出生态防护黄土路堑边坡的坡比不宜陡于1：1。 参考文献 【1】 范庆春.公路绿化与水土保持初探.交通环保,2002,5(10),21-23.