一种稳固浅层土质斜坡的植被配置方法

技术领域

本发明属于斜坡防护技术领域，尤其涉及一种稳固浅层土质斜坡的植被配置方法。

背景技术

浅层滑坡在山区非常常见，发生概率很高。尽管这类滑坡规模小，但其所产生的泥沙堆积，易逐渐演化成泥石流，形成灾害链。因此，如何有效防控山区浅层滑坡的发生一直是本领域所关注的热点问题。

植被护坡作为一种生态友好型的斜坡支护方式已得到广泛应用。研究表明，植被与山区浅层斜坡稳定性密不可分，其主要通过两种方式来影响斜坡土体稳定性。一种是通过根系的吸水和植被的蒸腾作用来降低土壤含水量，或者通过冠层截留来减少雨水对坡面的冲刷，以来改变斜坡体的水文条件，但这种由植被影响的水文作用会随季节变化而明显改变；另一种是通过根系直接加固土壤来增强斜坡土体的力学性质，这种由根系提供的固土力学效应全年相对较为稳定，且一般会随植被生长而得到进一步加强，通常认为其对斜坡土体长期稳定性的贡献更大一些。因此针对浅层土质斜坡，采用合理有效且经济的植被护坡方案是十分有用的。

在这种背景下，为发挥植被护坡的最大效益，需要综合考虑植被根系形态、乔木与草本、灌木植被的合理搭配进行种植设计。然后，目前针对浅层土质斜坡的植被防护工程多采用单一植被，且多考虑草本、灌木等小型根系植被，未综合考虑乔木等大型根系植被的力学作用效果，缺乏设计理论和方法，且未考虑乔木根系、草灌植被根系的力学作用效果，未能发挥植被护坡工程的最大稳固效益。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种稳固浅层土质斜坡的植被配置方法，减少斜坡表土侵蚀和开裂，还能够提高斜坡表层土体的抗剪强度和抵抗大变形的能力。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种稳固浅层土质斜坡的植被配置方法，包括以下步骤：规划整体待防护斜坡区域，待防护斜坡中下部且坡度α≤30°的区域作为乔木待防护区，种植乔木，并于整体待防护斜坡区域种植草灌；所述种植乔木时，株距为乔木冠幅的1/2，行距为株距与斜坡坡度余弦cosα的比值。

优选的是，监测所述待防护斜坡区域的基础地质条件和气候条件，根据监测结果确定乔木、草灌品种。

更优选的是，所述基础地质条件包括土壤类型、坡度、坡向、地质构造；所述气候条件包括气温、降水。

优选的是，所述防护斜坡中下部为斜坡坡腰和坡脚。

优选的是，所述种植乔木、草灌为当地优势品种，具有抗逆性，易于生长存活，根系发达。

更优选的是，所述种植乔木为根系发达的直根系品种，至少1种。

更优选的是，所述种植草灌为含有多层级丰富侧根的草本和灌木品种，至少2种。

优选的是，所述种植乔木时，乔木平行排布种植。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种稳固浅层土质斜坡的植被配置方法，通过确定待防护斜坡区域并进行划分，基于当地基础地质和气候条件选择当地优势乔木和草灌若干种，基于乔木冠幅确定株距、行距，最后在待防护区域内进行乔木与草灌的配置。

与现有技术相比，本发明基于试验研究结果发现乔木根系护坡效果的区别，其中乔木根系可充分发挥其力学锚固的优势，以其代替原有的弱岩土支撑结构，且乔木位于斜坡中部及下部时根系可发挥较大的力学作用，同时草灌的茎叶可降低斜坡表面土体受到的冲刷侵蚀作用。因此，本发明选择以乔木作为护坡植被的主体，基于乔木的冠幅确定株距、行距，进行乔木和草灌的配置。本发明防护斜坡的植被配制既能减少表土侵蚀和开裂，又能够提高表层土体的抗剪强度和抵抗大变形的能力，有效保证斜坡防护效果。

附图说明

图1：本发明待防护斜坡乔木、草灌植被配置的结构示意图；

图2：不同株距乔木根系对斜坡稳定性的影响；

图3：斜坡不同位置布置乔木对斜坡土体位移的影响；

图4：不同形态根系支护不同坡度斜坡的抗滑力曲线。

具体实施方式

本发明提供了一种稳固浅层土质斜坡的植被配置方法，包括以下步骤：规划整体待防护斜坡区域，待防护斜坡中下部且坡度α≤30°的区域作为乔木待防护区，种植乔木，并于整体待防护斜坡区域种植草灌；种植乔木时，株距为乔木冠幅的1/2，行距为株距与斜坡坡度余弦cosα的比值，如图1所示。

本发明通过对不同株距的乔木根系固坡效果进行模型试验研究发现，株距对乔木根系固坡效果有较大影响，乔木根系对浅层土体起到一定的阻滑效果，且能对表层土体的失稳开裂起到延缓作用，当株距越小，这种现象越明显。但过小的株距不利于乔木生长，因此通过模型概化计算，乔木根系可发挥固坡作用的实际稳固半径R为乔木根系生长半径的0.5倍，当株距S为2R时，乔木固坡作用明显。当坡度较小时(α≤30°)，乔木根系可发挥一定的抗滑效果，但当坡度较大时(α＞30°)，抗滑力低于无乔木支护斜坡。一般的，认为乔木根系生长范围近似为乔木冠幅，因此，可将株距确定为当地植被库中成熟乔木最大冠幅的0.5倍(即S＝0.5×P)，行距D＝S/cosα，α≤30°。

本发明优选监测待防护斜坡区域的基础地质条件和气候条件，然后根据监测结果确定乔木、草灌品种；进一步优选基础地质条件包括土壤类型、坡度、坡向、地质构造，气候条件包括气温、降水。例如，对于斜坡坡度大于30°的区域种植草灌，小于30°的区域种植乔木；在潮湿多雨的气候条件下，选择更具抗湿润特性的植被种类，在干燥少雨的气候条件下，选择更具抗旱特性的植被种类。

本发明优选防护斜坡中下部为坡腰和坡脚。本发明通过数值模拟试验研究发现，当乔木位于斜坡顶部时，对斜坡稳定性是不利的，当乔木位于斜坡中部和下部时，能明显提高斜坡稳定性，因此在斜坡中下部布置乔木，形成乔木待防护区。而通过对斜坡上部进行草灌种植，可以减少雨水入渗，减少水土流失，提高斜坡稳定性，进一步在乔木待防护区插空种植草灌，原则上地表无裸露，以实现全范围的防护布置，完成对浅层土质斜坡的防护设计。

本发明优选种植乔木、草灌为当地优势品种，具有抗逆性，易于生长存活，根系发达；进一步优选在选择乔木植被时，需选择根系发达，主根垂直向土层深处生长，根系较长的直根系植被，至少1种。在自然状态下，直根系乔木主根具有强烈的向地性，可垂直向土层深处生长2-3m，深入土层的主根根系与周围土体牢牢包裹在一起，形成具有一定力学强度的根土复合体，可对浅层土体产生一定的锚固作用，从而提高范围土层整体强度。进一步优选在选择草灌植被时，选择含有多层级丰富侧根的草本和灌木植被，至少2种。更优选对于已选定的乔木与草灌，需要进行生长习性的调查，当草灌植被有特殊生长习性影响乔木植被的生存时，需将该草灌植被排除；选择当地的草本和灌木植被，能够防止外来物种入侵，而考虑乔木和草灌植被的生长习性，能够保障乔木和草灌植被的存活率，进而保障护坡效果。

本发明优选种植乔木时，乔木平行排布种植。乔木平行排布，使斜坡坡面裂缝明显被限制在了两侧根系之间，滑体范围大幅减小。

本发明对斜坡种植乔木和草灌的具体方式没有特殊限定，采用本领域常用的移栽、定植、管理方法即可。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

一种稳固浅层土质斜坡的植被配置方法，包括以下步骤：

S1、确定待防护斜坡所在地的基础地质条件、气候条件：

考察待防护斜坡所在地的基础地质条件和气候条件，包括土壤类型、坡度、坡向、地质构造，以及气温、降雨模式等因素，这些数据对于选择适合的乔木和草灌植被种类至关重要。进一步选择当地生长良好且适应当地环境的乔木和草灌植被种类，这些植被种类应该具有抗逆性，易于生长，根系发达，以提供有效的土壤稳固效应。此外，选择的植被种类应考虑其对整体生态系统的适应性，且非外来侵入植被种类，以确保不会破坏当地生态平衡。确定至少1种乔木，乔木为根系发达，主根能垂直生长且根系较长的直根系乔木；至少2种草灌，草灌选择含有多层级丰富侧根的草本和灌木植被。

S2、确定乔木待防护区及整体待防护区的范围：

选取需要稳固的斜坡作为整体待防护区范围，对于斜坡中下部(坡腰和坡脚)且坡度α≤30°的区域作为乔木待防护区。

S3、确定乔木株距与行距：

乔木的株距S(树之间的距离)和行距D(行之间的距离)的选择应基于所选择乔木植被的特性以及斜坡的坡度和大小；株距根据成熟乔木的冠幅P来确定，以确保树冠能够覆盖整个斜坡表面，提供有效的保护，S＝0.5×P；行距的选择也要考虑到乔木株距，D＝S/cosα，以保持均匀的分布；

例如，当斜坡坡度α＝30°时，云南松的冠幅P在4-8m，株距S为冠幅P的一半，设置为2-4m，行距为D＝S/cosα，设置为2.3至4.6米。

S4、在乔木待防护区内布置乔木：

按照步骤S2、S3确定的乔木待防护区和株距、行距进行乔木的种植，乔木平行排布种植。

S5、在整体待防护区内布置草灌，乔木待防护区草灌插空种植在乔木下方，地表无裸露。

实施例2

不同株距乔木根系对斜坡稳定性的影响

使用FLAC3D内置强度折减法，研究不同株距的乔木对斜坡稳定性的影响。构建松树根系模型，构建为含1个主根、10个侧根组成的根系模型，其中主根深5米，根径由浅至深为0.6-0.4m，近表层侧根长5m，远表层侧根长4m，侧根根径由近至远为0.3-0.2m。在有根与无根情况下，对不同坡高和不同株距进行模型计算。

斜坡高度分别为10m、15m、20m和25m，对含单株斜坡、株距分别为5m、10m和15m的双株斜坡(即株距为0.5倍、1倍、2倍和3倍表层侧根长)进行模拟研究。由图2所示斜坡稳定性系数计算结果可知：对于纯土质边坡，松树根系的存在能在一定程度上提高坡体稳定性，且小间距种植松树(5m)工况的固坡效果优于大间距种植(株距为10m、15m)工况。但过小的株距不利于乔木生长，因此通过模型概化计算，乔木根系可发挥固坡作用的实际稳固半径R为乔木根系生长半径的0.5倍，当株距S为2R时，乔木固坡作用明显。

实施例3

斜坡不同位置布置乔木对斜坡土体位移的影响

使用FLAC3D内置强度折减法，研究斜坡不同位置布置乔木对斜坡土体位移的影响。

如图3所示，当乔木位于斜坡中部(坡腰)和斜坡下部(坡脚)时，乔木根系对斜坡土体的阻滑效果较种植于斜坡上部较为明显。即当乔木位于斜坡顶部时，对斜坡稳定性是不利的，当乔木位于斜坡中部和下部时，能明显提高斜坡稳定性。

实施例4

不同形态根系支护不同坡度斜坡的抗滑力差异

构建物理模型试验，所采用的设备为实时量测牵引滑坡坡体应力应变的滑坡模型试验系统，研究不同形态根系(锥型根系、心型根系、板型根系)支护不同坡度斜坡的抗滑力差异。

结果如图4所示，可知当坡度较小时(α＝30°)，无论何种形态根系，乔木根系均可发挥一定的抗滑效果，以锥型根系效果最佳；但当坡度较大时(α＝40°)，抗滑力低于无乔木支护斜坡。

综合图2-4可知，在进行乔木布置时，要求乔木布置位置在斜坡中下部，乔木株距为当地植被库中成熟乔木最大冠幅的0.5倍，且斜坡坡度不大于30°。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。