植被护坡的局限性及其对深层滑坡孕育的贡献.pdf

第 2 4卷第 3期 2 0 0 5年 2月 岩石力学与工程学报 ．C．．．．h i n e s e J o u r n a l o f R o c k Me c h a n i c s a n d E n g i n e e r i n g V _0 1 ．2 4 NO ． 3 FP 6 ． ，2 0 0 5 植被护坡的局限性及其对深层滑坡孕育的贡献 徐则民 ，黄润秋 2 唐正光 ‘ ，王苏达 1 ．昆明理工大学 土木系，云南 昆明6 5 0 2 2 4 ；2 ． 成都理工大学 I程地质研究所，四川 成都6 1 0 0 5 9 ■蔓根系对土体的加固效应是显著的，植被能够遏制面状水土流失及浅层滑坡。但是，由于大多数植物的根系 都分布在地表 以下 1 。 5 m 的深度以内，其加固深度远小于深层洲’ 坡的滑面埋深另外 ，蒸腾能够显著降低地下水 位，但由于其主要发生在降雨事件的间歇期或旱季，而且进展缓慢，不能有效控制降雨过程中地下水位的大幅抬 升及应力环境的恶化，因此，植被在深层滑坡防治方面的作用是有限的。与植被相关的干裂缝、动物通道、膨胀 裂缝及结构性孔隙等在岩土体中形成的相对稳定的大空隙系统可以显著优化地下水的补给环境，使得斜坡能够吸 收除植被拦截之外的几乎所有降雨量 ；植被发育斜坡的 “ 渗入一径流一蒸腾”复合型水循环将引起地下水径流模 数持续增大及岩体综合质量的渐进性衰退，为斜坡整体滑移奠定基础。植物根系呼吸及枯枝落叶降解等生物地球 化学过程会向土体中释放 CO 2 及有机酸等酸性物质，提高土体酸度及渗入水的侵蚀性。同时，植被发育斜坡中地 下水的新老交替可以使水岩交换相饱和指数始终处于较低水平，保证水岩化学作用的持续进行。因此，植被对深 层滑坡孕育的贡献是显著的。 关键词边坡工程植被浅层滑坡水循环水岩化学作用深层滑坡 中圈分类号T u 4 5 7 文献标识码A 文章编号1 0 0 0 6 9 1 5 2 0 0 5 0 3 0 4 3 8 1 3 LI M I T LTI oNS oF BI oTECHNI CAL S LoPE PRoTECTI oN AND CoNTRI BUTI oN oF VEGET LTI oN To DEEP S EATED LANDS LI DE PREP ARATI oN XU Z e mi n ‘ ， HUANG Ru n q i u ， T ANG Zh e n g g u a n g 1 ， WANG S u d a 1 1 ． De p a r t me n t ofC i v i l E n g i n e e r i n g ，K u n mi n g U n i v e r s i t y o fS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ，Ku n mi n g 6 5 0 2 2 4 ，C h i n a 2 、 E n g i n e e r i n g G e o l o g y I n s t i t u t e ，C h e n g d u U n i v e r s i ty ofT e c h n o l o g y ，C h e n g d u 6 1 0 0 5 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e me c h a n i c a l r e i n f o r c e me n t p r o v i d e d b y r o o t s 1 S r e ma r k a b l e ． Ho we v e r ， b e c a u s e t h e r o o t z o n e s o f mo s t p l a n t s d i s t rib u t e g e n e r a l l y wi thi n 1 ． 5 m u n d e r g r o u n d ， f a i l u r e p l a n e s o f d e e p s e a t e d l a n d s l i d e s t y p i c a l l y p a s s we l l b e l o w t h e r o o t i n g z o n e ．As a n i mp o r t a n t d i s c h arg e wa y，t h e t r a n s p i r a t i o n c a n l o we r g r o u n d wa t e r t a b l e o f s l o p e a q u i f e r ． Be c a u s e t r a n s p i r a t i o n t a k e s p l a c e ma i n l y i n i n t e r mi t t e n t p e rio d s o f r a i n e v e n t s o r i n d r y s e a s o n， i t C an n o t s u b s tan t i a l l y r e d u c e p e ak g r o u n d wa t e r l e v e l s i n p r e c i p i tat i o n ． Ve g e t a t i o n c o v e r h a s mi n i ma l e ffe c t i n d e e p l a n d s l i d e mi ti g a t i o n ． Dr y c r a c k， a n i ma l p a s s a g e wa y， e x p a n d i n g f r a c t u r e s ， a n d s t r u c tur a l p o r e s r e l a t e d t o v e g e t a t i o n c o v e r ，c o n s ti t u t e a r e l a t i v e l y s t a b l e ma c r o s p o r e s y s t e m i n u p p e r s l o p e ma s s ，wh i c h i mp r o v e mark e d l y the r e c h arg e e n v i r o n me n t o f g r o u n d wa t e r a n d mak e s l o p e s a b s o r b a l l p r e c i p i t a t i o n e x c e p t i n t e r c e p t i o n b y v e g e tat i o n ．T h e c o mp o u n d c i r c u l a t i o n mo d e l o f ‘ I n fil tra tio n g r o u n d wa t e r r u n o f f - tr a n s p i r a t i o n’ i n v e g e t a t e d s l o pe s l e a d t o the c o n t i n u e d i n c r e a s e o f g r o u n d wa t e r run o ff r a t e a n d t h e g r a d u a l l y d r o p o f f o f r o c k ma s s c o mp o s i t e q u a l i t y ． Bi o g e o c h e mi c a l p r o c e s s e s ， s u c h a s r o o t b r e a thi n g a n d l i t t e r d e g r a d i n g，r e l e a s e a c i d i c s u b s t a n c e s l i k e CO2 a n d 牧一 日期I 2 0 0 3 0 62 5 ；修回 日期2 0 0 3 0 82 1 基盒疆目t国家自然科学基金资助项 目 4 0 2 7 2 1 1 9 ；云南省 自然科学基金资助项 E ] 2 0 0 1 E 0 0 0 1 G 作者■介I徐则民 1 9 6 3 一 ，男，1 9 9 8年于西南交通大学获得桥梁与隧道工程专业博士学位，现任教授、博士生导师，主要从事工程地质及岩土工 程方面的教学与研究工作。E ma i l z e mi n x u v i p ．k m1 6 9 ．n e t 。 维普资讯 第 2 4卷第 3期 徐则民等．植被护坡的局限性及其对深层滑坡孕育的贡献 4 3 9 o r g a n i c a c i d s an d r a i s e t h e a c i d i t y o f s o i l ma s s a n d the e r o s i v e n e s s o f the i n fil t r a t i n g r a i n ． At the s a me t i me ，the p r e e v e n t wa t e r g i v i n g p l a c e t o t h e e v e n t wa t e r i n v e g e t a t e d s l o p e s ma k e s s a t u r a t i o n i n d e x o f wa t e r - r o c k e x c h an g e p h a s e s k e e p a l o w l e v e l a n d c h e mi c a l wa t e r - r o c k i n t e r a c t i o n C an c o n t i n u e ．T h e r e f o r e， t h e c o n t r i b u t i o n o f v e g e t a t i o n t o the d e e p s e a t e d l a n d s l i d e p r e p a r a t i o n i s n o t a b l e ． Ke y wo r d s s l o p e e n g i n e e r i n g v e g e t a t i o n c o v e r s h a l l o w l a n d s l i d e g r o u n d wa t e r c i r c u l a t i o n； c h e mi c a l wa t e r - r oc k i n t e r a c t i o n d e e p s e a t e d l a n d s l i d e 1 引 言 植被根系本身的抗拉、抗剪强度一般都大于土 体，在根系 一 土体摩阻力作用下，可以提高土体的 抗剪强度 ，具有 固土护坡 的功效I J 叫J 。此外 ，由于 植被护坡还可起到保护生态环境、吸收大气 C O 、 促进碳循环I5 等作用，将植树种草作为区域性斜坡 灾害防治及水土流失控制的首选方案是合理的I引 。 近年来，随着人们环保意识的增强，生态护坡 在工程边坡，特别是高等级铁路、公路路基边坡的 防护方面也得到了应用[7 - 9 ] 。由于斜坡地理位置、 规模、地质特征及夷平 一 失稳方式等方面的差异， 植被对斜坡稳定的影响是复杂的、多方面的，许多 情 况下都可 能起到促进斜坡失稳 的作用 。文【 l 0 】 指 出，在一定条件下，植被的水文地质效应 增加降水 渗入量 和力学效应 增重及传递风力的动荷载 会对 斜坡稳定产生不利影响。本文以相关领域的研究成 果为基础，讨论了植被护坡的局限性及其对斜坡长 期演化和深层滑坡孕育的贡献 。 2 根系加固效应及其局限性 在国际地科联滑坡工作组提 出的滑坡整治方案 体系 中，种植植被与锚固等力学手段并列，被推荐 为斜坡 内部加强 i n t e r n a l s l o p e r e i n f o r c e me n t 的手 段I J 。植被发育斜坡的稳定性分析方面，除植被 引起的土体粘聚力变化及单体根系的张应力外，文 『 1 2 ] 所提出的分析模型还考虑了植被的自重、风力 荷载及蒸腾引起的空隙水压力变化；文[ 1 3 1 在考虑 粘聚力、内摩擦角变化的同时，将根系的锚固作 用概化为一个综合的抗滑力纳入其分析模型。 文【 1 ， 2 ， 4 ，1 3 1 等都曾进行过含根系土体强度特性的试验 研究，所涉及的植被包括草、灌木及乔木等；所测 试的指标主要是粘聚力、内摩擦角、抗切及抗拉拔 强度等。表 1为王秀茹 1 9 8 9 在某林场测定的几种 乔灌林地、农用地及裸地土体的粘聚力I J 。尽管由 于在试验植被种类、植被年龄及土体性质等方面存 在的差异，不同学者的试验结果有较大出入，但根 系对土体强度的加强一般都是显著的。 裹1 不同檀被土体的粘聚力 王秀茹，1 9 8 9 T a b l e 1 S o i l c o he s i o n s wi t h d i ffe r e n t v e g e t a t i o n c o v e r s Wa n g Xi u r u，1 9 8 9 1 0 P a 根系是植被与土体界面进行物质和能量交换的 唯一桥梁，其形态和分布直接反映植被对立地利用 的状况，对植被 的生长具有决定性的作用 。长期 以来 ，人们对植物根系进行 了大量的调查研 究，在 根系垂直分布方面积累了大量实测资料。 文【 l 5 】 研究 了 7种我 国东北地区常见的草坪草 种 的根系垂直分布状况 图 1 。文【 l 6 】 发现 ，象草和 壮丽草两种根系发达的热带草种的根系主要分布在 0 ～2 0 c m 土层 范围内，根量分别 占总根量的 6 8 ． 1 ％ 和 5 7 ． 7 ％ 表 2 。 E 圈 粤 Ⅱ 平均根 系长度， m m| 2 图 1 7 种草坪草平均根系长度 m ／ m 的垂向分布 5 1 F i g ． 1 P e r p e n d i c u l a r d i s t r i b u t i o n o f a v e r a g e r o o t l e n g t h m ／ m o f s e v e n t u r f g r a s s e s t l 5 】 维普资讯 4 4 0 岩石力学与工程学报 2 0 0 5年 裹 2 象草及壮丽草根量与根密度随土层深度的变化 1 Ta bl e 2 The v a r i a t i o n s o f r o o t we i g h t a nd r o o t d e n s i t y o f e l e p ha n t g r a s s a nd i m p e r i a l g r a s s wi t h d e p t h s 【 6 1 文『 1 7 ] 对 8种水土保持灌木 的研 究表 明，根系 主要分布在 0 ～4 0 c m 土层 范围 内，主要吸收层在 0 ～2 0 c m。文【 1 8 】 对 1 4 2 0 a生的华北落叶松人工 林的调查发现， 林木主根主要分布在 0 ～2 0 c m的土 层 内， 直径大于 1 c m 的骨骼根集中分布在 0 ～4 0 c m 的土层 中，4 0 c m 以下土层 中骨骼根很少直径小于 1 mm 的细根和毛根有 6 0 ％9 0 ％分布在 0 ～3 0 c m 的土层 内。文『 1 9 1 对甘肃 民勤地区人工樟 子松 的研 究表明，0 ～1 0 0 c m 土层范 围内，从上到下根系迅 速减小；0 ～2 0 c m土层 范围内根系分布最为集中， 根重和根长分别 占其总量的 5 8 ． 6 ％和 6 1 ． 2 ％，其中 小于 1 n l l n的毛细根干重达一半 以上，长度达 8 0 ％ 以上；6 0 ～ 1 0 0 c m土层范围内，根量明显减小，只 占总量的 5 ％左右 ，且只有小于 5 mm 的根系零星分 布，较粗的根系 已不存在。据文【 2 0 艮 道，树龄在 3 2 5 5 a 的延边天然赤松的根系发达，主根长度一 般在 6 0 8 0 c m，在土层 比较深厚的地段 ，可达 1 m 以上 ，其根系主要分布在地面以下 6 0 c m 深度范围 内。 李 勇 1 9 9 0 对某林场树龄为 2 0 2 5 a 油松人工 林 的研究发现 ， 直径大于5 ml T l 的粗壮根系 中有5 0 ％ 分布在 0 ～6 0 c m土层中；1 ～5 mm根系有 8 5 ％分 布于 0 ～1 0 0 c m 范围，其中以 0 ～3 0 c m最为集 中； 小于 1 mm 根系在 0 ～3 0 ，3 0 7 0及 7 0 3 0 0 c m 土 层中的分布分别为 7 8 ％，1 6 ％ D 6 ％，而且该直径根 系的根密度R 条／ 1 0 0 c m 与深度 Z m 的回归关系 遵从指数分布 川 ，即 R d 5 0 4 ． 9 1 6 5 e x p 一 0 ． 0 3 3 0 5 Z 文【 2 1 】 对 6个造林树种的根系分布进行了系统 研 究 图 2 ，除具有深根性特征的刺槐根系分布离散 度较大外，其他树种的根系几乎全部分布在地表以 下 1 ． 2 m 的深度范围内，而文【 1 4 】 对同一地区刺槐 树 龄为 1 5 2 4 a 根系 的专门研究发现 ，阴坡与阳坡立 地上的刺槐根系均表现出随着深度增加而减少的趋 势，大部分根系 总根量的 9 0 ％以 上 都集中于地表 以下 0 ～1 0 0 c m 的土层中。 量 隧 根系密度／ k gm 0 ．0 0． 5 1 ． 0 1 ． 5 2 ．0 2 ．5 图 2 同一立地不同树种的根系垂直分布 1 F i g ． 2 V e r t i c a l r o o t d i s t r i b u t i o n o f s o me t r e e s p e c i e s p l a n t e d i n t h e s a me s i t e [ 2 1 据 T ． S ． C o i l e 1 9 3 6 的研 究， 尽管根系密度随着 树龄 的增大而增加，但在一定树龄后就可 以达到水 平分布和垂直分布的极值；H． L y r等 1 9 6 7 的研究 表明，林木生长早期，根系就已达到较大的分布深 度，随着树龄 的增加，其分布深度不再有 明显的增 大I l 训 。文【 2 1 】 的研究发现 ，油松在幼年期 1 1 a 就可 达到根系分布 的最大深度 。 综合上述分析可以看出，植被根系的垂向分布 受到植被种类、年龄及植地条件等多方面因素的影 响 ，但根系密度 随着深度 的增加而急剧减少这一规 律是普遍 的；植被 的粗壮根系及 高密度区主要存在 于地表 以下 1 ． 5 m，最大不过 5 m 的范围内。 根系对 其存在 的土体 的力学 加固效应 是显著 的，但这种效应仅存在于地表以下很浅的深度 范围 内； 尽管某些深根性植物的根系可以到达地下 5 m， 甚至 5 m 以下的深度 ，但在这一深度范围，无论单 根直径，还是根系总密度都已大幅衰减，其加固效 应 已十分微弱 。从根系的力学加固效应来看 ，植被 对于遏制面状水土流失及部分浅层滑坡是有效的， 但在分布更为普遍、危害性也更大、滑面埋深大于 4 ． 5 m 的深层滑坡[ 2 2 - 2 8 1 的防治方面，其功效是十分 有 限的，同时这一结论也可 以从大量植被发育斜坡 的深层 失稳事件 ’ ’ 。 中得到证实 。 3 叶片蒸腾 蒸腾是指植被根系从土体中吸收水分后，由叶 片的气孔散发到大气中的过程。排水是斜坡维护及 维普资讯 第 2 4卷第 3期 徐则民等．植被护坡的局限性及其对深层滑坡孕育的贡献 滑坡整治的重要措施之 种植植被是国际地科联 滑坡工作组推荐的斜坡排水手段之一⋯J ，其依据就 是通过蒸腾来 降低地下水位 。 据文【 2 9 1 于 艮 道，在业马逊流域热带雨林区 2个 典型盆地，植被蒸腾量分别 占到当地 2 0 0 0 mm 降水 量的 6 2 ％ tl 4 8 ％；在扎伊尔的岩盖姆 比森林保护区 ， 蒸发散 e v a p o t r a n s p i r a t i o n 水量 占当地 1 5 0 0 mm 降 雨量的 6 3 ％。文[ 3 0 1 对辽东山区 5种丰要森林植被 的观测研 究表 明 ，生长季蒸腾耗水量 为 2 4 0 ～3 6 9 mm，占同期降雨量 的 3 2 ％45 0 ％ 图 3 。 图 3 几种林小生长季蒸腾耗水量与降雨量 1 F i g ． 3 W a t e r c o n s u mp t i o n o f s o me t r e e s p e c i e s i n g r o wi n g s e a s o n a n d p r e c i p i t a t i o n f 。 】 文【 3 1 】 报道 了鄂尔多斯与黄土 高原过渡地 区 3 种灌木在丰水年和枯水年生长 期 5个月 内的蒸腾 情况 表 3 。文[ 3 2 】 的研 究表 明，沙棘林蒸腾耗水量 与降雨量具有比较显著的正相关关系 图 4 ；生长季 5 49月 的蒸腾耗水量为 2 5 7 ． 6 mm，占同期降雨量 的 6 3 ％，这 ‘ 结果与余清珠 1 9 9 1 和杨 新民 1 9 9 8 的研究结论基本一致 。 E E 耀 磐 糙 图4 沙棘林蒸腾耗水量与降雨量的关系 1 F i g ． 4 Re l a t i o n b e t we e n wa t e r c o n s u mp t i o n t h r o u g h t r a n s p i r a t i o n o f p l a n t a t i o n a n d p r e c i p i t a t i o n 【3 1 在斜坡地下水循环 中所发挥 的作用是显著的。但必 须指 出的是 ，与斜坡 的其他排水方式不同，蒸腾主 要发生在降雨间歇 ，而且速率很低 表 4 ，其排水效 应需在较长 的时间尺度上方能体现，并不能遏制暴 雨或连续降雨期间斜坡地下水位短时间内的大幅抬 升，因此并不能显著改善斜坡的稳定状况 。 表 4 部分树种的蒸腾耗水速率 据文[ 3 3 1 ，略有变动 T a b l e 4 W a t e r c o n s u m p t i o n r a t e b y t r a n s p i r a t i o n i n d i ff e r e n t t r e e s p e c i e s [ 3 3 1 r e v i s e d mmo 1． ／ m - ． s 表 3 3 种灌木蒸腾耗水量【 T a b l 3 W a t e ⋯ m d f r o m t 啪 p i r a t i 。 。 f t h 4 植被与斜坡演化及深层滑坡孕育 s h r u b s L 1 注A代表生 长期降雨鞋 ram ，B为蒸腾消耗量 ram ，r ／ B ／ A 。 上述分析表明，蒸腾作为地下水垂向排泄的重 要途径 ，其耗水量～般都在 当地降雨量的 2 0 ％以上， 大 多数滑坡都是应力环境变迁 引起的岩土体 时 效变形的结果。也就是说 ，斜坡发生显著位移或整 体滑移之前一般都要经历较长时间的演化 ，也即滑 坡孕育过程，因此，斜坡演化及滑坡孕育机理研究 对于斜坡维护及滑坡预报是重要的 ～ j o J 。由于斜坡 岩土体的流变是在近地表 的复杂环境下进行 的，与 深埋地 下空 间开挖 诱发 的岩 土体时效 响应 问题 存在明显区别； 在造成这种差别的环境 因素体系中， 维普资讯 4 4 2 岩石力学与工程学报 2 0 o 5年 地下水应该是最主要的，而植被在很大程度上决定 着地下水影响滑坡孕育的方式、程度及规模。 植被对深层滑坡孕育的影响是一个复杂的动态 过程。直观上看，植被是通过促进降水入渗、叶片 蒸腾、枯枝落叶及动植物生命活动影响地下水渗流 场及岩土体化学环境等方式来实现的；在细节上， 多数环节都是彼此交织、纠缠在一起的，各个环节 构成 了一种彼此驱动 的动态演化架构 图 5 。尽 管 如此，依然可以从该体系中梳理出植被促进滑坡孕 育的 3条主线地下水补给、斜坡水循环和水岩化 学作用 C WR I c h e mi c a l w a t e r - r o c k ／ s o i l i n t e r a c ti o n 。 图5 植被与斜坡演化的关系 Fi g ． 5 T h e r e l a t i o n b e t we e n v e g e t a t i o n c o v e r a n d s l o p e e v o l u t i o n 4 ． 1 檀被对地下水补给的影响 节 3的分析表明，蒸腾在地下水排泄中的作用 是显著的。蒸腾会造成土体含水量下降，而砂粘土 低含水率条件下的收缩 一 裂化行为使得植被下的土 体也能形成干裂缝 图 6 a ， b 。植被及枯枝落叶 层 为动物提供食物和保护 ，而动物 的洞穴所构成的 空隙网络在许多情况下都可达到相当大的规模，而 且具有比一般空隙更好的水稳定性。 据文【 2 9 】 报道， 在肥沃 的橡树林中，每公顷土体中有 5 0 0 x 1 0 ～ 7 0 0 x l 0 4 条蚯蚓，而无林土体中只有 5 x l 0 4 ～1 0 x l 0 4 条。据本文统计，在侧柏 一 桉树 一 刺槐混交人工林 中，每平方米就有直径 2 ～8 I I U T I 的动物通道 5 0 ～ 1 0 0个 图 6 c 。植物 生长过程 中，由于根系 一岩土 体间的不协调变形，会形成平行根系界面的管状虚 脱；根系生长所产生的轴压将引起顶部 自由的岩土 体的膨胀与裂化 图 6 d 。此外，植被根系腐烂后 也会形成不同尺度的管状空间。 枯枝落叶层在促进降水入渗方面发挥着重要作 用，不仅可以防止雨滴击溅引起的土粒分散及表面 结皮，同时可以过滤泥砂，防止颗粒阻塞前述各类 空隙。此外，枯枝落叶降解形成的腐殖质还可以使 土体形成 良好的团粒结构及结构性大孔隙。 相对于基质孔 隙，上述干裂缝 、动物通道、膨 胀裂缝及结构性孔隙等可 以在岩土体 中构成重要的 大空 孔 隙系统 ma c r o p o r e s y s t e m 。由于这些大空 隙的上部往往是由处于半腐化状态的枯枝、落叶或 含有枯枝落叶的土体构成，加之受到植被及新鲜枯 枝落叶层的保护，具有相当程度的稳定性。降雨过 程中，这些稳定的大空隙内将形成流态复杂、对地 下水补给极为重要的优先流 p r e f e r e n ti a l f l o w 13 s 堋】 ， 将加快、加大地下水获得补给的时间及补给量。 在植被不发育，甚至无植被的土体中，也会不 同程度地发育大空隙系统，但由于缺乏有效保护， 其水稳定性一般较差，降雨后不久就会逐渐消失。 植被影响斜坡地下水补给的直观表现是土体渗 透行为及地表径流特征的变化 。据文【 2 9 ] 报道， Mi s t r y等 1 9 6 5 在印度必哈邦记录的林下土体渗透 率达 2 6 0 mm ／ h ，而对应草地和农地分别仅为 1 2 0和 9 0 mm ／ h ；T e j w a n i 等 1 9 7 5 在印度百乐瑞地区测定 的林下渗透率为 1 1 2 mm／ h ，而农 田为 1 0 mn l ／ h ； K a r t a w i n a t a等 1 9 8 1 在印度尼西亚东加里曼丹省原 始热带雨林区某斜坡测定的土体渗透率高达 2 7 7 2 m m ／ h 。D u n n e 1 9 7 8 的类似研究表明，良好的森林 土体的稳定入渗率一般都在 8 0 mm ／ h以上 “ 。日本 岩手县和北京林业大学分别在北海道和山西吉县测 定的不同植被条件下的土体渗透性 图7 、表 5 可以 更清楚地表明植被对降水入渗的影响。 植被发育山区地表径流方面已经积累了许多现 场测定资料。D a b i n 1 9 5 7 在象牙海岸进行的现场测 定表明，在一次 1 9 3 l a i n的暴雨期间，地表径流系 数只有 1 ％～3 ％，最大为 7 ．8 ％；C a i l l e u x 1 9 5 9 指出， 在法属圭亚那的主要热带雨林区，地表径流十分微 弱L2 。据文【 1 3 】 报道，我国山西西部黄土高原林区 地表径流系数小于 0 ．0 2 ％，而裸地则为 0 ． 1 ％ 表 6 ； 吉林伊春红松林林地的地表径流系数为 1 ．8 ％， 皆伐 迹地为 1 2 ．4 ％；四川米亚罗原始云杉、冷杉林地坡 面径流系数为 0 ．0 4 ％～0 ．2 ％，皆伐迹地为 0 ．2 ％～ 0 ．4 ％；海南尖峰岭热带雨林区的地表径流系数只有 维普资讯 象2 4卷 第3】训 馀 K等 植被护坡的局限性及n耐深层滑坡孕育的贡献 ． 4 4 3 ． b 性淳 层 F 的州机 裂缝f a 十啪境内的I 域 4 0 O 一 3 帅 l 翔 删 警I O 0 6 与撞被仃戈的岩{ 体 隙 F i g ． 6 P o r e s i n s o i l ma s s a n d l O C k l z l a s s r e l a t e d t o v e g e t a t i o n c o v e r ■ l悻地 草 耕地 破牧 镡霉 地破姜型 闭7 15木此坶j 苴11 、 川植碱 士件∞垮透翠 ram ／ h I F i g 7 l n fil t r a t k m r a t e s n u r d h o f s o i l s u n d e r d i ff e r e n l v e g e t a t i o n c l 2 r s i n Ho k k a i d o．J a p a n ⋯ 寰5 不同地类 3 1 1 ra i n内的曩积入渗量⋯0 T a b l e 5 Ae c umu l a l i v e i n l i I t r a t i o n o r s o i l s u n d e r d i ffe r e n t v e g e t a tio n c o v e r s i n 3 1 1 ra i n _ l i n u | 裹 6 T a b l e 6 黄土地区不同植被条件下的地寰径j t Ov e r l a n d fl o w u n d e r d i ffe r e n t v e g e t a tio n c o n d i t i o n s i n I c e s s a r e a I I O ． 2 3 ％--0 ． 8 2 ％ 此外，E j 前我 国运营的铁路 、公路 路草边坡一般都设置了地表排水系统，但据文[ 4 2 1 对成渝、南昆等 F 线铁路 、楚雉大理高速公路及 南 方部分大 斜坡变形伟的脱场稠研 ，许多斜坡 的 地表排水系统部没有发挥应有的作用．原因就在于 维普资讯 岩石力学与工程学报 2 0 0 5焦 这些斜坡的植被相对发育 一般为灌木、果园或农 田 ，地表径流微弱，排水系统无水可排 。 上述资料表明，植被对地下水补给的促进作用 是十分显著的。植被发育地区良好的入渗条件使得 地表径流十分微弱， 甚至可以忽略I 】 引 ，即降水除 了拦截损失外，其他全部补给了地下水，植被极大 地优化了地下水的补给环境 补给量和补给进程 ， 提高了地下水的径流模量。 植被在斜坡地下水补给中的积极作用在调节区 域水循环、遏制流域洪水灾害及面状水土流失等许 多方面都是有益 的，但对斜坡稳定却是不利 的。降 雨转化的地下水是斜坡蠕变、滑坡孕育及失稳的最 主要 的诱发 因素 【 2 4 3 - 4 5 ] ，排水一直是斜坡加固的 重要手段之一，而主动排水，即把降水拦截在斜坡 之外，又是斜坡排水的最有效方式，但面状发育的 植被使得这种努力几乎成为不可能。 4 ． 2 檀被发育斜坡的地下水循环 水文学和水文地质学因分别 以地表水和地下水 为研究对象而分属 2 个独立学科，但许多情况下彼 此的研究成果对于对方都有重要的借鉴意义 。2 0世 纪 7 0 年代兴起的斜坡水文学 h i l l s l o p e h y d r o l o g y 理 论，特别是温湿气候条件下，山区森林流域溪流 s t r e a mfl o w 产流机制方面的研究进展， 对于深入理 解植被发育斜坡的地下水循环具有重要意义。 2 0世纪 6 0年代以前，用于解释地表径流形成 机制的主要是霍顿超渗产流理论，即当降雨强度超 过表层土体的入渗率时，就会产生地表径流 H o r t o n o v e r l a n d fl o w ；6 0年代末以来大量现场研究 】 表明，森林 植被 环境下的降雨强度很少能够超过 土体入渗强度，经典霍顿产流机制不能解释植被发 育环境下的径流形成机制。 文[ 4 8 5 0 ] 总结 出关于溪流产流机机制的 3种 学说 1 部分源区一 地表径流说p a r ti a l a r e a - o v e rl a n d fl o w 。 斜坡中某些受控于土体特征的特定区域被渗入 水从上部饱和后，这些部位 的雨水便 以地表径流的 形式补给溪流， 当不同规模的上层滞水水位上升时， 就可能 出现这种情况 。 2 可变源 区 一地表径流说 v a r i a b l e s o u r c e a r e a o v e r l a n d fl o w 或称可变源 区 一饱和地表径流 v a r i a b l e s o u r c e are a s a t u r a t i o n o v e r l a n d fl o w 。 降水过程中，地下水位的抬升使某些区域从下 部被饱和；这些区域一般位于坡脚 一溪流附近，并 可能随降水情况扩大或收缩； 来 自这些区域的水 包