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哈尔滨铁道职业技术学院 黑龙江哈尔滨 150086
摘要：随着人类对环保和生态问题的日益重视，为实现人与自然生态环境的相互协调，植被护坡技术得到广泛应用。本文主要从植被护坡的作用、根系固土作用力学机理及其影响因素三个方面进行了阐述，能为植被护坡技术的实际应用提供了理论依据。
关键词：植被护坡；作用；固土机理
1 概述
近年来，随着大批铁路项目的不断开展，施工中由于受到自然环境、选线和投资等因素的限制，存在着大量开挖的不稳定边坡。这些开挖后的边坡地表植被遭到破坏，易造成水土流失和生态环境的严重失衡。植被护坡技术则利用植被涵水固土的原理能够有效地解决了工程建设与生态环境间的矛盾，它不仅可以减少水土流失，快速恢复自然生态环境，还可以改善和美化行车环境，并且能够稳固边坡，具有造价低、施工操作方法简单等优势，因此植被护坡技术在我国铁路边坡防护中得到了广泛应用。
2 植被护坡作用
植被护坡主要通过植物地上茎叶和地下根系的作用达到防护边坡作用的，植被护坡作用主要表现在以下几个方面：
（1）水土保持作用
植被茎叶的存在可以有效地承接雨水，避免雨水直接击打地面，减少雨水对边坡的冲蚀。植被可以降低边坡表面风速，防止风蚀，同时植被的枯落物可以有效地减少地表径流，提高土壤持水量，起到蓄水作用。
（2）恢复生态环境
边坡上的植物能够通过光合作用释放出大量的氧气，吸收汽车尾气和有害气体，吸附空气中的尘埃，净化空气，降低噪音和强光反射。通过植物护坡措施可以调节局部恶化道路的小气候，改善被破坏区域周围的温度和湿度。选择生长速度快、覆盖率高、根系发达的植物能够在较短时间内恢复动物和微生物的栖息和生存环境，并逐渐重新形成和恢复原本被破坏的生物链。
（3）景观功能
相关研究表明，绿色可以缓解眼睛疲劳。对边坡植被类型进行合理的选择与配置，通过分段变化不同颜色和形状的植被种类与布局，可以改善传统工程防护带来的突兀与单调的氛围，能够营造出舒适、柔和、美丽的自然景观，缓解司机视觉疲劳，避免司机瞌睡，从而保证行车安全，降低交通事故。
（4）稳固边坡，提高边坡稳定性
大量的研究证明，植物根系的存在能够提高边坡土体的粘聚力，增强土体的抗剪强度，同时还可以将表层土体的荷载传递到深层土体中，分散集中的土体应力，可以有效降低土体发生崩塌和滑坡的几率。
3 根系固坡作用机理
植物根系主要通过根系的加筋作用与锚固作用，提高土体的粘聚力和根-土间的摩擦力，增强边坡土体的抗剪强度和稳定性，从而实现根系固坡、稳定边坡的功能。
（1）加筋作用
大多数草本植物和水平根系发达的木本植物，它们的浅细根系主要分布在边坡表层，并且错综盘结在一起，这些大量的小侧根或根毛状微根与土颗粒接触的表面积大，如同纤维一样加入到周围土体中并与周围土壤紧密地黏附在一起，有利于改善边坡土体的强度、变形等力学性质。通常在对边坡土体进行力学分析时，将这些浅细根系看作加筋材料，将根系与土看作是根-土复合体的加筋土。正因为这些起加筋作用的浅细根系的存在，使得原土体的粘聚力得到提高，同时也增强了根土复合体的抗剪强度和边坡土体的承载能力。
大量的试验研究认为这些浅细根系的存在能显著提高土体的抗剪强度，对边坡土体的主要贡献体现在提高土体的粘聚力方面，而对内摩擦角的影响相对较小。
扈萍对马尼拉草进行室内直剪试验，认为根系能显著增加土体的抗剪强度，含根土体的粘聚力增量与根系分布密度成正比，而内摩擦角基本不变。
王华研究提出有狗牙根和早熟禾两种根系的土体与无根土相比较，其粘聚力提高率为7.56%～47.88%，而内摩擦角的提高仅为0.72%～4.84%，并且抗剪强度的增强程度随土层深度的增加而逐渐变小。
胡夏嵩通过对种植在PVC管内的四翅滨藜、白刺、柠条锦鸡儿和四赤滨藜四种灌木进行研究，提出这四种灌木能使土体粘聚力提高22.0%～76.3%，内摩擦角变化不显著，灌木根土复合体抗剪强度与法向压力仍符合库仑定律。
（2）锚固作用
植被的深粗根能够穿过边坡潜在滑动面，当周围土体具有滑动趋势时，根土间产生一定的摩擦力，深粗根同时通过这种摩擦作用将根系与周围土体联系起来，起到锚固土体的作用。对其进行力学分析时，可将深粗根看作是具有固坡作用的锚杆，其锚固力大小可通过计算根系与周围土体的摩擦力累加获得。
国内外学者通过大量的原位拉拔试验与室内抗拔力试验研究，认为植物根系的抗拔力通常与根系直径、根系长度等因素有关，并且与这些因素呈正相关趋势。
杨永红对苦刺、车桑子、合欢和桉树根系进行抗拉拔试验，分别建立了这四种植物根系的最大抗拉拔力与根系直径和长度的回归公式，并认为桉树根系锚固效果最好。
胡夏嵩、陈桂琛等人对青藏铁路路基边坡两侧的的垂穗披碱草进行原位拉拔试验，研究表明根系抗拔力与根表面积、须根数量及分蘖数等因素成线性关系，并且须根数量是影响抗拔力值的主要因素。
刘小光采用根系拉拔试验机对油松根系进行单根拉拔试验，结果表明根土摩擦力与直径成正比，滑移量随着根系埋深、加荷速度的增加而变大。
4 影响根系固坡作用的因素
根系对边坡土体的稳固作用通常会受到诸多因素的影响，对于植被自身因素而言，其固坡作用通常与根系的分布特征、根系的强度和根系类型等因素有关。
（1）根系的分布特征
根系的分布特征决定了根系对边坡稳定性所起的作用，而根系的分布特征与植物的种类、水平和垂直分布情况等因素有关。草本植物通常无明显主根，多以直径小于1mm的须根为主，分布较浅。木本植物根系常分为垂直根、水平根和散生根三种，根系分布深度比草本植物深。草本植物根系和木本植物浅细根系由于直径较小且密集分布在边坡表层，对土体只要起到加筋作用，对提高土壤的抗剪强度比分布较少的较粗根系更具优势；而木本植物中的主根能扎入到较深的土层中，具有约束土体、抵抗土体滑移的作用，起深层锚固边坡土体的作用。
（2）根系的强度
植物根系的强度与植物种类、根系直径、生长环境及根系位置等因素有关，相互间略有差异，对土体抗剪强度的提高和对边坡稳定性的影响程度也不同。众多关于根系强度的研究表明：植物根系的抗拉力与根径成正比，但抗拉强度却随着根径的增加呈降低趋势；抗拔力通常与根系直径、根系长度、植株高度等有关，根系的抗拔力随着根径、根长和植株高度的增加成增长的趋势。
（3）根系类型
植物根系对土体的力学作用取决于根系的受力情况，因此对边坡土层中的根系进行受力分析时，首先要判断根系的类型。植物根系通常分为抗剪型根系和摩擦型根系。当土体发生滑动时，如果根土间的静摩擦力大于根系自身的抗拉力，根系则会被拉断，属于抗剪型根系，这类根系对土体的抗滑作用主要表现在根系沿滑动面的抗拉力的分量。相反，若根土间的静摩擦力小于根系的抗拉力，根系通常会被拔出，属于摩擦型根系，其对土体的抗滑作用则主要表现在根土间的静摩擦力的分量。
参考文献：
[1]张永兴.边坡工程学[M].北京：中国建筑工业出版社，2008：224-226.
[2]王华，赵志明，何刘.不同植被类型根系固土效应的试验研究[J].铁道建筑，2009，11：62-63.
[3]胡夏嵩，李国荣，朱海丽.寒旱环境灌木植物根_土相互作用及其护坡力学效应[J].岩石力学与工程学报，2009，28（3）：619.
[4]扈萍.高速公路边坡植被护坡的力学分析[D].济南：山东大学硕士学位论文，2005：38.
[5]刘小光，冀晓东，赵红华等.油松根系与土壤摩擦性能研究[J].岩石力学与工程学报，2012，34（6）：63-67.
[6]杨永红.东川砾石土地区植被固土护坡机理研究[D].成都：西南交通大学博士学位论文，2006：94-108.
摘要：随着人类对环保和生态问题的日益重视，为实现人与自然生态环境的相互协调，植被护坡技术得到广泛应用。本文主要从植被护坡的作用、根系固土作用力学机理及其影响因素三个方面进行了阐述，能为植被护坡技术的实际应用提供了理论依据。
关键词：植被护坡；作用；固土机理
1 概述
近年来，随着大批铁路项目的不断开展，施工中由于受到自然环境、选线和投资等因素的限制，存在着大量开挖的不稳定边坡。这些开挖后的边坡地表植被遭到破坏，易造成水土流失和生态环境的严重失衡。植被护坡技术则利用植被涵水固土的原理能够有效地解决了工程建设与生态环境间的矛盾，它不仅可以减少水土流失，快速恢复自然生态环境，还可以改善和美化行车环境，并且能够稳固边坡，具有造价低、施工操作方法简单等优势，因此植被护坡技术在我国铁路边坡防护中得到了广泛应用。
2 植被护坡作用
植被护坡主要通过植物地上茎叶和地下根系的作用达到防护边坡作用的，植被护坡作用主要表现在以下几个方面：
（1）水土保持作用
植被茎叶的存在可以有效地承接雨水，避免雨水直接击打地面，减少雨水对边坡的冲蚀。植被可以降低边坡表面风速，防止风蚀，同时植被的枯落物可以有效地减少地表径流，提高土壤持水量，起到蓄水作用。
（2）恢复生态环境
边坡上的植物能够通过光合作用释放出大量的氧气，吸收汽车尾气和有害气体，吸附空气中的尘埃，净化空气，降低噪音和强光反射。通过植物护坡措施可以调节局部恶化道路的小气候，改善被破坏区域周围的温度和湿度。选择生长速度快、覆盖率高、根系发达的植物能够在较短时间内恢复动物和微生物的栖息和生存环境，并逐渐重新形成和恢复原本被破坏的生物链。
（3）景观功能
相关研究表明，绿色可以缓解眼睛疲劳。对边坡植被类型进行合理的选择与配置，通过分段变化不同颜色和形状的植被种类与布局，可以改善传统工程防护带来的突兀与单调的氛围，能够营造出舒适、柔和、美丽的自然景观，缓解司机视觉疲劳，避免司机瞌睡，从而保证行车安全，降低交通事故。
（4）稳固边坡，提高边坡稳定性
大量的研究证明，植物根系的存在能够提高边坡土体的粘聚力，增强土体的抗剪强度，同时还可以将表层土体的荷载传递到深层土体中，分散集中的土体应力，可以有效降低土体发生崩塌和滑坡的几率。
3 根系固坡作用机理
植物根系主要通过根系的加筋作用与锚固作用，提高土体的粘聚力和根-土间的摩擦力，增强边坡土体的抗剪强度和稳定性，从而实现根系固坡、稳定边坡的功能。
（1）加筋作用
大多数草本植物和水平根系发达的木本植物，它们的浅细根系主要分布在边坡表层，并且错综盘结在一起，这些大量的小侧根或根毛状微根与土颗粒接触的表面积大，如同纤维一样加入到周围土体中并与周围土壤紧密地黏附在一起，有利于改善边坡土体的强度、变形等力学性质。通常在对边坡土体进行力学分析时，将这些浅细根系看作加筋材料，将根系与土看作是根-土复合体的加筋土。正因为这些起加筋作用的浅细根系的存在，使得原土体的粘聚力得到提高，同时也增强了根土复合体的抗剪强度和边坡土体的承载能力。
大量的试验研究认为这些浅细根系的存在能显著提高土体的抗剪强度，对边坡土体的主要贡献体现在提高土体的粘聚力方面，而对内摩擦角的影响相对较小。
扈萍对马尼拉草进行室内直剪试验，认为根系能显著增加土体的抗剪强度，含根土体的粘聚力增量与根系分布密度成正比，而内摩擦角基本不变。
王华研究提出有狗牙根和早熟禾两种根系的土体与无根土相比较，其粘聚力提高率为7.56%～47.88%，而内摩擦角的提高仅为0.72%～4.84%，并且抗剪强度的增强程度随土层深度的增加而逐渐变小。
胡夏嵩通过对种植在PVC管内的四翅滨藜、白刺、柠条锦鸡儿和四赤滨藜四种灌木进行研究，提出这四种灌木能使土体粘聚力提高22.0%～76.3%，内摩擦角变化不显著，灌木根土复合体抗剪强度与法向压力仍符合库仑定律。
（2）锚固作用
植被的深粗根能够穿过边坡潜在滑动面，当周围土体具有滑动趋势时，根土间产生一定的摩擦力，深粗根同时通过这种摩擦作用将根系与周围土体联系起来，起到锚固土体的作用。对其进行力学分析时，可将深粗根看作是具有固坡作用的锚杆，其锚固力大小可通过计算根系与周围土体的摩擦力累加获得。
国内外学者通过大量的原位拉拔试验与室内抗拔力试验研究，认为植物根系的抗拔力通常与根系直径、根系长度等因素有关，并且与这些因素呈正相关趋势。
杨永红对苦刺、车桑子、合欢和桉树根系进行抗拉拔试验，分别建立了这四种植物根系的最大抗拉拔力与根系直径和长度的回归公式，并认为桉树根系锚固效果最好。
胡夏嵩、陈桂琛等人对青藏铁路路基边坡两侧的的垂穗披碱草进行原位拉拔试验，研究表明根系抗拔力与根表面积、须根数量及分蘖数等因素成线性关系，并且须根数量是影响抗拔力值的主要因素。
刘小光采用根系拉拔试验机对油松根系进行单根拉拔试验，结果表明根土摩擦力与直径成正比，滑移量随着根系埋深、加荷速度的增加而变大。
4 影响根系固坡作用的因素
根系对边坡土体的稳固作用通常会受到诸多因素的影响，对于植被自身因素而言，其固坡作用通常与根系的分布特征、根系的强度和根系类型等因素有关。
（1）根系的分布特征
根系的分布特征决定了根系对边坡稳定性所起的作用，而根系的分布特征与植物的种类、水平和垂直分布情况等因素有关。草本植物通常无明显主根，多以直径小于1mm的须根为主，分布较浅。木本植物根系常分为垂直根、水平根和散生根三种，根系分布深度比草本植物深。草本植物根系和木本植物浅细根系由于直径较小且密集分布在边坡表层，对土体只要起到加筋作用，对提高土壤的抗剪强度比分布较少的较粗根系更具优势；而木本植物中的主根能扎入到较深的土层中，具有约束土体、抵抗土体滑移的作用，起深层锚固边坡土体的作用。
（2）根系的强度
植物根系的强度与植物种类、根系直径、生长环境及根系位置等因素有关，相互间略有差异，对土体抗剪强度的提高和对边坡稳定性的影响程度也不同。众多关于根系强度的研究表明：植物根系的抗拉力与根径成正比，但抗拉强度却随着根径的增加呈降低趋势；抗拔力通常与根系直径、根系长度、植株高度等有关，根系的抗拔力随着根径、根长和植株高度的增加成增长的趋势。
（3）根系类型
植物根系对土体的力学作用取决于根系的受力情况，因此对边坡土层中的根系进行受力分析时，首先要判断根系的类型。植物根系通常分为抗剪型根系和摩擦型根系。当土体发生滑动时，如果根土间的静摩擦力大于根系自身的抗拉力，根系则会被拉断，属于抗剪型根系，这类根系对土体的抗滑作用主要表现在根系沿滑动面的抗拉力的分量。相反，若根土间的静摩擦力小于根系的抗拉力，根系通常会被拔出，属于摩擦型根系，其对土体的抗滑作用则主要表现在根土间的静摩擦力的分量。
参考文献：
[1]张永兴.边坡工程学[M].北京：中国建筑工业出版社，2008：224-226.
[2]王华，赵志明，何刘.不同植被类型根系固土效应的试验研究[J].铁道建筑，2009，11：62-63.
[3]胡夏嵩，李国荣，朱海丽.寒旱环境灌木植物根_土相互作用及其护坡力学效应[J].岩石力学与工程学报，2009，28（3）：619.
[4]扈萍.高速公路边坡植被护坡的力学分析[D].济南：山东大学硕士学位论文，2005：38.
[5]刘小光，冀晓东，赵红华等.油松根系与土壤摩擦性能研究[J].岩石力学与工程学报，2012，34（6）：63-67.
[6]杨永红.东川砾石土地区植被固土护坡机理研究[D].成都：西南交通大学博士学位论文，2006：94-108.