本實(shí)用新型屬于斜坡防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及斜坡混成型生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

山區(qū)公路上斜坡的坡面落石普遍具有物源不確定、生成點(diǎn)多面廣、發(fā)生突然、不易察覺(jué)和躲避、難以甚至無(wú)法根除等特點(diǎn)，落石致災(zāi)事故屢有發(fā)生，是下方行車(chē)行人安全的重大隱患，對(duì)政府和交通主管部門(mén)造成了很大社會(huì)壓力，給交通技術(shù)人員也造成了很大的困擾，故防治問(wèn)題亟待解決。

上世紀(jì)九十年代以來(lái)，采用主、被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)對(duì)崩塌落石等坡面災(zāi)害進(jìn)行整治逐漸發(fā)展成為慣用做法。常用的SNS柔性防護(hù)網(wǎng)作為被動(dòng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)由鋼立柱及(上、下、側(cè))拉錨、鋼絲繩網(wǎng)及縫合繩、支撐繩、減壓環(huán)組成，特別由其中的鋼絲繩網(wǎng)、支撐繩和減壓環(huán)以及立柱機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)等配合使用賦予結(jié)構(gòu)柔性，攔截落石時(shí)所產(chǎn)生的荷載首先通過(guò)繩網(wǎng)、支撐繩的緩沖，再向整個(gè)結(jié)構(gòu)擴(kuò)散傳遞，此外還促使結(jié)構(gòu)發(fā)生可恢復(fù)形變，以延長(zhǎng)碰撞作用時(shí)間，達(dá)到吸收和耗散能量、攔截落石的目的。根據(jù)建設(shè)場(chǎng)地條件或防護(hù)需求的不同，結(jié)構(gòu)的組成有所不同，由此被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)可分為RX、CX和AX三種類(lèi)型。為了建設(shè)過(guò)程中的其它目的，亦可以采用其它材料的被動(dòng)防護(hù)，當(dāng)然也可以采用窗簾式防護(hù)網(wǎng)，控制局部的落石活動(dòng)范圍。但實(shí)踐一再證明，其缺陷非常突出，如落石物源和防護(hù)范圍的不易確定導(dǎo)致防護(hù)工程既不經(jīng)濟(jì)防護(hù)效果也常常掛一漏萬(wàn)。第一，若采用被動(dòng)SNS防護(hù)網(wǎng)，不但在立面上其防護(hù)面太廣，工程防護(hù)效率低，經(jīng)濟(jì)效益差，而且就縱斷面上看，因?yàn)槠胀ǚ雷o(hù)網(wǎng)一般不超過(guò)5m，落石還是極易越網(wǎng)仍然造成災(zāi)害，即或采用2～3道防護(hù)都仍不能達(dá)到大幅提升防護(hù)效果的目的；第二，若采用窗簾式SNS防護(hù)網(wǎng)，同樣還是存在防護(hù)對(duì)象明確困難，工程規(guī)模過(guò)大、造價(jià)過(guò)高、維護(hù)難度大等問(wèn)題；第三，若采用被動(dòng)攔擋墻，利弊與被動(dòng)網(wǎng)類(lèi)似，除了用材有所差別而已；如采用主動(dòng)網(wǎng)，其效果與窗簾式防護(hù)網(wǎng)大致相類(lèi)。故即是說(shuō)，采用工程結(jié)構(gòu)解決此類(lèi)災(zāi)害問(wèn)題，均存在使用周期短、損毀期與防護(hù)期高度重合、損毀修復(fù)率高、防護(hù)效率逐步降低等系列問(wèn)題，況且不利于生態(tài)和環(huán)保，對(duì)旅游區(qū)建設(shè)而言是硬傷。

究其原因，總結(jié)起來(lái)大致有四條：固定位置的防治手段難以匹配和適應(yīng)斜坡淺表改造的發(fā)展變化；管養(yǎng)維護(hù)不及致網(wǎng)內(nèi)落石清除不易，越后期防護(hù)效果越打折；落石規(guī)模多樣、能級(jí)頻譜太寬，柔性網(wǎng)難以適應(yīng)所致結(jié)構(gòu)立柱易遭砸翻或砸彎、網(wǎng)面易破損；柔性網(wǎng)高度低或地形原因所致落石經(jīng)常越過(guò)防護(hù)網(wǎng)而致災(zāi)，防護(hù)結(jié)構(gòu)起不到設(shè)計(jì)效果。總結(jié)起來(lái)就是存在防護(hù)效果欠佳、維護(hù)費(fèi)用偏高、后期管養(yǎng)工作比較繁瑣等部分問(wèn)題。近些年，雖然發(fā)展和應(yīng)用了窗簾式防護(hù)網(wǎng)，對(duì)主、被動(dòng)網(wǎng)的某些缺陷進(jìn)行了改進(jìn)，但因先天原因還是存在不足，例如防護(hù)網(wǎng)的防護(hù)能級(jí)與落石能級(jí)頻譜的匹配問(wèn)題仍未解決，那么結(jié)構(gòu)破損問(wèn)題同樣會(huì)時(shí)常發(fā)生，還有，它還是不能避免后期繁瑣的維護(hù)、保養(yǎng)，以及破壞后的緊急修復(fù)，可能造成關(guān)鍵時(shí)候掉鏈子，需要時(shí)用不上，顯得防護(hù)能力和效果大打折扣。所以，發(fā)展或開(kāi)發(fā)一種防護(hù)效果好，保養(yǎng)維護(hù)簡(jiǎn)單的坡面地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)結(jié)構(gòu)顯得較為迫切。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于解決以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題的至少一項(xiàng)，提供一種防護(hù)效果好，保養(yǎng)維護(hù)簡(jiǎn)單，不影響生態(tài)環(huán)境的斜坡混成型生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種斜坡混成型生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括用于阻止落石從斜坡上滾落的臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)和永久防護(hù)結(jié)構(gòu)，所述臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)由簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)工程物組成，所述永久防護(hù)結(jié)構(gòu)由生態(tài)植被種植林組成；所述臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)和永久防護(hù)結(jié)構(gòu)分別設(shè)于斜坡上。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)工程物包括主動(dòng)網(wǎng)、被動(dòng)網(wǎng)、窗簾式防護(hù)網(wǎng)、攔擋墻、攔擋樁或阻尼樁。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述生態(tài)植被種植林為散生竹林、竹柳林或杉林。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述生態(tài)植被種植林為散生竹林，所述散生竹林為第一散生竹林，所述第一散生竹林包括若干個(gè)第一散生竹組；每個(gè)第一散生竹組由若干排第一散生竹排組成，每個(gè)第一散生竹排由若干個(gè)第一散生竹組成；相鄰的第一散生竹組的組間距為5～10米；每個(gè)第一散生竹組內(nèi)相鄰的第一散生竹排的排間距為1米～1.5米，每個(gè)第一散生竹排內(nèi)相鄰的第一散生竹的間距為1米～1.5米；所述若干個(gè)第一散生竹的直徑為3-4厘米，所有的第一散生竹的高度為10米～15米，相鄰的第一散生竹排錯(cuò)落排列。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述散生竹林為第二散生竹林，所述第二散生竹林由若干個(gè)第二散生竹排組成，相鄰的第二散生竹排的排間距為1米～1.5米，每個(gè)第二散生竹排由若干個(gè)第二散生竹組成，所述若干個(gè)第二散生竹的高度為10米～15米，所述若干個(gè)第二散生竹的間距為1米～1.5米，所述若干個(gè)第二散生竹的直徑為3-4厘米，相鄰的第二散生竹排錯(cuò)落排列。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第一散生竹排的排列方式為梅花形。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第二散生竹排的排列方式為梅花形。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，當(dāng)斜坡坡型為直線(xiàn)型或凹型時(shí)，所述生態(tài)植被種植林設(shè)在斜坡的落石塌落點(diǎn)區(qū)域的下方，當(dāng)斜坡坡型為凸型時(shí)，所述生態(tài)植被種植林設(shè)在斜坡的凸出位置區(qū)域和斜坡的凸出位置區(qū)域下方落石塌落點(diǎn)。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述斜坡坡型為凸型；所述生態(tài)植被種植林為第一散生竹林或第二散生竹林，所述第一散生竹林或第二散生竹林設(shè)在斜坡的凸出位置區(qū)域和斜坡的凸出位置區(qū)域下方落石塌落點(diǎn)。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述斜坡坡型為凸型；所述生態(tài)植被種植林為第一散生竹林或第二散生竹林，所述第二散生竹林設(shè)在斜坡的凸出位置區(qū)域和斜坡的凸出位置區(qū)域下方落石塌落點(diǎn)。

本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：本實(shí)用新型的斜坡混成型生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)通過(guò)對(duì)斜坡區(qū)域周邊地區(qū)斜坡植被生長(zhǎng)、覆蓋，以及落石災(zāi)害的發(fā)育、致災(zāi)情況的調(diào)研、分析和研究，結(jié)合在斜坡主、被動(dòng)防護(hù)結(jié)構(gòu)方面的工程經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)提煉了以簡(jiǎn)易工程結(jié)構(gòu)物作為臨時(shí)防護(hù)，以竹木成長(zhǎng)成林后的縱向纖維性軀干桿體作為永久防護(hù)結(jié)構(gòu)的混成被動(dòng)型生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)；解決了建設(shè)環(huán)境生態(tài)保護(hù)的問(wèn)題，解決了工程結(jié)構(gòu)維護(hù)困難的問(wèn)題，解決了工程造價(jià)持續(xù)投入高的問(wèn)題，解決了損毀期與防護(hù)期同期，解決了工程結(jié)構(gòu)防護(hù)效果逐步遞減的問(wèn)題。本實(shí)用新型的斜坡混成型生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)是指為了滿(mǎn)足工程建設(shè)和人類(lèi)生產(chǎn)生活需要，最大程度地利用和保護(hù)自然地質(zhì)環(huán)境，在工程建設(shè)階段的近期以工程結(jié)構(gòu)物如SNS被動(dòng)網(wǎng)、窗簾式防護(hù)網(wǎng)、攔擋墻、阻尼樁等作為臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)，在工程運(yùn)營(yíng)階段的遠(yuǎn)期通過(guò)設(shè)置生態(tài)植被如散生竹、叢生杉樹(shù)等，使其按設(shè)計(jì)意圖去生成和覆蓋斜坡來(lái)達(dá)成坡面落石地質(zhì)災(zāi)害的防護(hù)效果，兼具固持水土、涵養(yǎng)水源的能力，從而使得近期和遠(yuǎn)期不同防護(hù)結(jié)構(gòu)的充分發(fā)揮最大效應(yīng)，力圖使工程性與經(jīng)濟(jì)性的組合更加優(yōu)化，最終在遠(yuǎn)期形成立體、生態(tài)的坡面地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)結(jié)構(gòu)，及在植被根植作用下形成斜坡穩(wěn)定的生態(tài)屏障防護(hù)效應(yīng)，從而達(dá)到較好的斜坡防護(hù)的效果。

附圖說(shuō)明

圖1當(dāng)斜坡坡型為凹型時(shí)永久防護(hù)結(jié)構(gòu)在斜坡的位置示意圖。

圖2當(dāng)斜坡坡型為直線(xiàn)型時(shí)永久防護(hù)結(jié)構(gòu)在斜坡的位置示意圖。

圖3當(dāng)斜坡坡型為凸型時(shí)永久防護(hù)結(jié)構(gòu)在斜坡的位置示意圖。

圖4現(xiàn)有的散生竹的橫截面的具有同心層結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5現(xiàn)有的散生竹的表面纖維排列結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6本實(shí)用新型的簡(jiǎn)易工程結(jié)構(gòu)物設(shè)于斜坡上的示意圖。

附圖中L為本實(shí)用新型的生態(tài)植被種植林沿斜坡縱向設(shè)置的寬度(或落石災(zāi)害塌落點(diǎn)范圍)，L1<L2<L3<L3+L3＇。

其中，附圖中相應(yīng)的附圖標(biāo)記為，1-滾石，2-凹型斜坡，3-散生竹林，4-直線(xiàn)型斜坡，5-凸出位置區(qū)域，6-凸出位置區(qū)域下方落石塌落點(diǎn),7-簡(jiǎn)易工程結(jié)構(gòu)物，8-斜坡，9-落石區(qū)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以下僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些應(yīng)當(dāng)都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

一、散生竹在本實(shí)用新型的斜坡混成型生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)中的可用性分析

生態(tài)型植被種類(lèi)很多，為什么選擇竹類(lèi)，在竹類(lèi)中為什么又選擇散生竹，況且即使散生竹，中國(guó)是世界散生竹分布的中心，還有近300種的散生竹種，也并不是所有的都適合用作防護(hù)結(jié)構(gòu)植被。下面具體說(shuō)明散生竹在生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)方面具有的得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

(1)散生密植性

本實(shí)用新型是利用竹的桿體作為被動(dòng)抗沖擊的防護(hù)結(jié)構(gòu)，所以，竹稈須在竹林的某個(gè)寬度范圍內(nèi)組合形成嚴(yán)密的、整體的被動(dòng)防撞體，要求竹林具有密植性，不能存在較大的縫隙使得落石可以通過(guò)，這是選擇散生竹作為生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)主材的最主要原因，如叢生竹則不具備密植性。

(2)抗沖擊剛度、強(qiáng)度和韌性

由于是將竹竿用作防撞體，所以要求桿體應(yīng)具備一定的直徑，使得在抵御落石時(shí)具有一定的剛度和強(qiáng)度，一般說(shuō)來(lái)直徑越大越好，經(jīng)調(diào)研，在坡面上多數(shù)直徑3-4cm的竹林即能夠不被落石撞斷、砸翻。還有，防撞體應(yīng)具備一定的強(qiáng)度和韌性，使得具備抵御落石時(shí)不但能消除其沖擊能，還能確保自身盡量不受損，以便長(zhǎng)期效用，當(dāng)然，在這方面竹具有天然優(yōu)勢(shì)，它具有竹纖維管束及特殊的自外向內(nèi)分層分布的結(jié)構(gòu)特征如圖4和圖5所示，具有特殊的中空結(jié)節(jié)結(jié)構(gòu)，具有按彎曲方向調(diào)整纖維管束分布的特征等，故具有良好的強(qiáng)度和韌性。其次，竹的竹枝在竹竿上形成厚厚的附著層，當(dāng)落石與竹枝碰撞時(shí)，因大量竹枝，以及竹冠的彈性和韌性，很好地形成了緩沖層，能極大地降低落石的運(yùn)動(dòng)速度，改變運(yùn)動(dòng)軌跡，使得就近掉落并穩(wěn)定在坡面上竹林里。

(3)竹林的植被高度

生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)的主材應(yīng)具備一定的高度來(lái)攔截落石，散生竹一般在10m以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般SNS柔性網(wǎng)的規(guī)格(3*4、4*4、4*5)，個(gè)別散生竹高度甚至達(dá)到30m，如此的高度和竹林面上的大范圍行成的立體結(jié)構(gòu)的防護(hù)能力是柔性網(wǎng)、攔擋墻不可以同日而語(yǔ)的。

(4)散生竹的耐候性

散生竹具有較好的耐低溫、耐干旱能力。雖然竹是喜溫喜濕植物，但在暖溫帶有大量分布，也有部分竹類(lèi)在半干旱的較寒冷地區(qū)也能存活，在地域上南北分明，東西有別，海拔由低至高也差別明顯，叢生竹林和散生竹林分界顯著，四川則由于氣候因素，處于叢生竹和散生竹的混生林區(qū)范圍。所以，對(duì)于植被較難以生存的半干旱或較寒冷地區(qū)，坡面落石災(zāi)害問(wèn)題本身非常突出，找到適宜存活，并能起到坡面防護(hù)效果的竹類(lèi)植被顯得作用突出，這也是散生竹用作生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)材料的天然優(yōu)勢(shì)之一。剛竹屬散生竹一般能在-6℃～-12℃(1月份平均最低氣溫)的區(qū)域存活，甚至部分箭竹屬和巴山木竹屬能在-6℃～-12℃(1月份平均最低氣溫)氣候下生存；對(duì)于竹林生存，年降水量是重要指標(biāo)，僅有少數(shù)類(lèi)別，如云南高黎貢山的龍陵，旱濕界限分明，當(dāng)?shù)啬抵窠?jīng)長(zhǎng)期進(jìn)化發(fā)展，冬季落葉休眠渡過(guò)旱期。

(5)成長(zhǎng)快速性

竹類(lèi)繁殖方式主要為無(wú)性的地下莖繁殖，也可通過(guò)開(kāi)花繁殖，一般是在地下莖的鞭節(jié)間處長(zhǎng)筍，春雨之后，24小時(shí)內(nèi)即可拔節(jié)1-2cm，50天左右竹筍就可成竹，且竹稈是一次性生長(zhǎng)成竹，通常4-5年可成林，故采用竹作為生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)可以快速形成防護(hù)能力。

(6)生態(tài)性和經(jīng)濟(jì)性

竹四季常青，枝葉茂盛，在保持土壤水分、涵養(yǎng)水源方面與樹(shù)種顯著不同，它有發(fā)達(dá)的根系，即使砍掉地上部分，地下莖還會(huì)長(zhǎng)出新竹子，是防止土壤沙化和防治水土流失的理想植物。其次，據(jù)研究，竹子與其他植物相比還能多釋放35％的氧氣，對(duì)凈化空氣、穩(wěn)定大氣成分起到重要的作用，曾有生態(tài)學(xué)家呼吁讓竹子來(lái)拯救地球。此外，竹子可應(yīng)用于建筑、輕工、新材料、包裝、運(yùn)輸、家具、食品、醫(yī)藥、保健、環(huán)保等方面，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，應(yīng)用得當(dāng)?shù)脑?huà)，防護(hù)和維護(hù)可以達(dá)到自給自足、相得益彰。

本實(shí)用新型的生態(tài)防護(hù)形成期約3-4年，故植被應(yīng)具備側(cè)向擴(kuò)散快、軀體生長(zhǎng)快、桿體密度大、纖維強(qiáng)度高、枝葉茂密等要素特征。散生竹幾乎具備上述所有優(yōu)點(diǎn)，不足的是，其地下鞭根結(jié)構(gòu)較淺，一般僅20-40cm，可以配以地下根莖結(jié)構(gòu)深部發(fā)育，固持水土能力超強(qiáng)的植被，形成混合林，則防護(hù)效果將會(huì)更好。

關(guān)于混成型生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，一是工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展，當(dāng)以為翼，二是生態(tài)植被結(jié)構(gòu)的發(fā)展，當(dāng)以為本。生態(tài)植被結(jié)構(gòu)發(fā)展主要在于耐候性—耐寒和耐旱。

就整體來(lái)說(shuō)，竹子的抗寒能力為散生竹>混生竹>叢生竹，散生竹中，毛竹、剛竹、淡竹等幾個(gè)類(lèi)抗寒性較強(qiáng)，所以，在竹種推廣、改良過(guò)程中繼續(xù)北移的可能性更大。關(guān)于竹的抗凍能力研究相對(duì)較少，并主要集中在凍害領(lǐng)域，但令人欣喜的是，自九十年代以來(lái)，植物的耐低溫研究已進(jìn)入分子水平，并且，在蛋白質(zhì)的變化、植物膜保護(hù)結(jié)構(gòu)的組分和活性與植物寒害、冷馴化植物抗寒力變化的關(guān)系等方面取得較大進(jìn)展。科學(xué)家們對(duì)抗寒性的分子研究主要采用3種研究方法：冷鍛煉分離冷誘導(dǎo)蛋白；篩選抗凍突變體；在染色體上定位耐寒基因、提高細(xì)胞抗氧化能力、穩(wěn)定細(xì)胞骨架等。目前，對(duì)竹子基因組測(cè)定工作的研究正在展開(kāi)，在不久的將來(lái)會(huì)對(duì)竹子抗寒性的分子機(jī)理獲得更科學(xué)結(jié)構(gòu)的解釋?zhuān)谥褡涌购蚬こ讨腥〉眠M(jìn)一步的成功，獲得轉(zhuǎn)基因抗寒新品種，以利在實(shí)際生產(chǎn)中大面積推廣種植和應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

在耐旱性方面，在半干旱區(qū)引種成功的竹柳也是生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)植被的良好用材，同時(shí)還為生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)植被發(fā)展導(dǎo)引了方向。竹柳為楊柳科柳屬植物，落葉喬木，樹(shù)高可達(dá)20m以上，胸徑可達(dá)1m，是多基因組合雜交新品種，由美國(guó)寒竹、朝鮮柳、筐柳雜交選育而成，兼具柳樹(shù)和竹的優(yōu)良特性，因此得名。樹(shù)皮幼時(shí)綠色，較為光滑，老時(shí)黃褐色，葉披針形，類(lèi)似竹，單葉互生。該樹(shù)種對(duì)氣候、土壤條件要求不高，具有較強(qiáng)的抗蟲(chóng)、抗鹽堿特性，張健等人研究表明，pH值8.0～8.5和含鹽量高達(dá)14000mg/L的情況下仍正常生長(zhǎng)，于湖泊灘涂、鹽堿地都可栽植。抗寒、抗淹、抗旱能力也較強(qiáng)，在-30～-40℃低溫以及40℃高溫狀態(tài)下都能正常生長(zhǎng)。竹柳引種試驗(yàn)還表明，其成活率高達(dá)98％，根系發(fā)達(dá)，樹(shù)體通直，抗旱能力強(qiáng)，年地徑生長(zhǎng)量1.3～1.95cm，年樹(shù)高生長(zhǎng)量191.37～217.7cm，具有生長(zhǎng)快速、適應(yīng)性和抗逆性強(qiáng)、易栽易管等特點(diǎn)的速生樹(shù)種。此外，不同植被之間的混生，使得其生物功能互補(bǔ)，可能更能促進(jìn)生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)揮良好的作用，例如竹可抵御落石沖擊，根系發(fā)達(dá)可固持水土，但缺陷是根系淺，對(duì)于斜坡深部穩(wěn)定性無(wú)能為力，如有此竹種或樹(shù)種套種則更完善，如杉樹(shù)。

二、本實(shí)用新型的防護(hù)結(jié)構(gòu)作用機(jī)理

(1)竹枝和竹葉具有粘滯阻尼力學(xué)特性

散生竹的分枝開(kāi)展，竹葉濃密，單根竹的竹冠分布范圍大，竹枝和竹梢具有很強(qiáng)的彈性，竹稈與竹冠沒(méi)有明顯幾何界限。所以，在抵御落石過(guò)程中，只要落石不與竹稈發(fā)生碰撞，則均可簡(jiǎn)化視為落石與竹冠發(fā)生作用。并且，由于竹枝、竹梢相對(duì)落石沖擊產(chǎn)生被動(dòng)變形的彈性應(yīng)變能較之落石的能量顯然太小，所以在力學(xué)機(jī)制上可視為竹冠里的竹枝、竹梢對(duì)落石產(chǎn)生粘滯阻尼效應(yīng)。故竹枝、竹葉在本生態(tài)結(jié)構(gòu)中可視作粘性體，由粘性力學(xué)原理有如下公式：

其中：σ為應(yīng)力，η為粘滯系數(shù)，為應(yīng)變梯度。

由牛頓第二定律：

F＝ma……………………式(2)及式(1)和靜力平衡關(guān)系，

有其中：為落石體積，

ρ為落石塊體密度，S為落石運(yùn)動(dòng)矢量方向投影面積，f(a)、f(b)分別為投影面積最大位置向運(yùn)動(dòng)矢量方向的面積密度函數(shù)。

可見(jiàn)當(dāng)應(yīng)力恒定，速度梯度越大，應(yīng)變梯度越大，它們呈正比，換言之，當(dāng)竹枝、竹梢越密，粘滯系數(shù)越大，平衡式中的速度梯度(加速度)越小，表明其提供的阻滯力或阻滯加速度越大。由于模型忽略了竹枝和竹梢的彈性效應(yīng)，則結(jié)果是偏安全的。

(2)竹稈在碰撞作用下的彈性力學(xué)特征行為

落石運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，除竹枝、竹梢給予其作用力，大量削減其速度外，還可能與竹稈發(fā)生碰撞作用，這個(gè)過(guò)程既可能發(fā)生在速度降低之后，也可能發(fā)生在未遭遇竹梢、竹枝之前。

竹材主要由竹原纖維、木質(zhì)素、多戊糖、果膠、竹粉等構(gòu)成，具有良好的抵抗外力作用的性能，包括抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、靜曲強(qiáng)度和抗剪、硬度、抗沖擊性能等，特別是因?yàn)槠渚哂姓R排列的生物細(xì)胞，以及非常規(guī)則的管壁形態(tài)，加之獨(dú)特的中空竹節(jié)+曲面結(jié)節(jié)部結(jié)構(gòu)，使其具有非常穩(wěn)定的性能以及良好的比強(qiáng)度和比剛度，根據(jù)搜集已有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表1，表明竹稈本身具有高強(qiáng)的力學(xué)性能，并且落石運(yùn)動(dòng)中將以群體桿件組合達(dá)到遲滯落石速度的目的，因此，落石與竹稈的碰撞造成竹稈的壞可能性小，多會(huì)發(fā)生大量的質(zhì)點(diǎn)(落石)--(竹)桿、桿—桿粘彈塑性碰撞，進(jìn)而發(fā)生能量耗散，落石速度降低而墜落。

表1圓竹稈(毛竹)的部分力學(xué)性能

落石與竹稈的撞擊以及竹稈響應(yīng)的過(guò)程非常復(fù)雜，若假設(shè)能量耗散平衡前石與桿的碰撞作用為連續(xù)時(shí)間，且發(fā)生碰撞的落石假定為球體、竹材料為各項(xiàng)同性的連續(xù)均值粘彈性體，竹稈為具有固定端的彈性細(xì)長(zhǎng)空心桿件，則下面(4)式條件成立：

其中：F_c是接觸力的彈性部分，F(xiàn)_v是粘彈性的阻尼部分，F(xiàn)_p是有潰曲變形導(dǎo)致的耗散部分；F_u為沖量所產(chǎn)生的作用力，E_k為落石的動(dòng)能，h為落石豎直運(yùn)動(dòng)距離。

當(dāng)碰撞發(fā)生后，要么竹稈不發(fā)生破壞而服從彈性桿應(yīng)力應(yīng)變，要么遭遇的同時(shí)桿發(fā)生屈服，下面分別討論這兩個(gè)過(guò)程。

①服從彈性桿應(yīng)力應(yīng)變條件：理論上講，在力F對(duì)竹稈中心位置的作用下，竹稈發(fā)生撓曲和偏轉(zhuǎn)，當(dāng)撓曲線(xiàn)或偏轉(zhuǎn)角與另一根竹稈發(fā)生接觸時(shí)，則2根竹稈同時(shí)受壓并發(fā)生偏轉(zhuǎn)，變形順次傳遞，直至達(dá)到平衡，此時(shí)，因竹稈發(fā)生彈性撓曲變形后回彈，落石轉(zhuǎn)向反方向運(yùn)動(dòng)，背離的竹稈則在起自身平衡位置發(fā)生彈性振動(dòng)，如此，落石的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為竹稈的波動(dòng)，達(dá)到能量消耗的目的。從生活常識(shí)看，雖然竹林中的竹稈存在相當(dāng)?shù)拈g距，但竹林中的枝和梢基本可視為連續(xù)分布體，所以，當(dāng)竹稈發(fā)生偏移時(shí)，其竹枝和竹梢存在擠壓變形，產(chǎn)生了事實(shí)上的阻尼作用，其能量消耗貢獻(xiàn)或許并不必竹稈小。實(shí)際情況下，落石若從高處墜落后多先受到枝、梢的阻隔，然后受到竹稈的碰撞，并且中心受壓的概率非常小，多是碰撞后落石發(fā)生小的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，部分能量消耗轉(zhuǎn)化為竹稈的波動(dòng)，如此，落石能量將會(huì)迅速被耗盡而墜落；若落石的運(yùn)動(dòng)高度相對(duì)不高，那么多與竹稈下部發(fā)生碰撞，受力及能量消耗過(guò)程同上，不同的是，因落石作用點(diǎn)距離固定端(竹根部)更近，桿發(fā)生撓曲角度更小，能量耗散更快。

②竹稈碰撞后發(fā)生屈服：首先是第一個(gè)發(fā)生關(guān)系的竹稈發(fā)生屈服，它未能承受首輪“打擊”，落石墜落接觸即發(fā)生潰曲，因竹纖維分布特征及竹節(jié)、竹根等特殊結(jié)構(gòu)，竹稈潰曲后并不會(huì)發(fā)生塑性屈服，而是發(fā)生破裂，此后竹稈變成了竹繩，竹林的枝、梢變成了柔性網(wǎng)兜，將落石網(wǎng)住使得運(yùn)動(dòng)速度迅速降低而落地，該過(guò)程中竹稈將變成受拉件。我國(guó)古代多有采用竹繩作為懸索橋纜索的記載，例如都江堰安瀾橋，說(shuō)明了竹在順紋方向具有很高抗拉強(qiáng)度的特性，具有破裂后網(wǎng)住巨大落石的潛力。

本實(shí)用新型維護(hù)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，主要在結(jié)構(gòu)防護(hù)能力形成之前，應(yīng)做到SNS臨時(shí)防護(hù)網(wǎng)的維護(hù)，注重散生竹等生態(tài)植被的成活和生長(zhǎng)管養(yǎng)，根據(jù)植被特點(diǎn)做到保持適當(dāng)水分、施肥，壞死植株及時(shí)更換。當(dāng)結(jié)構(gòu)形成之后，SNS臨時(shí)防護(hù)網(wǎng)則無(wú)需再進(jìn)行維護(hù)工作，維護(hù)工作主要針對(duì)生態(tài)植被，此時(shí)應(yīng)注重利用散生竹的生命周期循環(huán)去疏林，伐掉老竹，給新竹生長(zhǎng)騰出空間，確保結(jié)構(gòu)中竹子的新陳代謝，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期良性運(yùn)營(yíng)；當(dāng)然，同時(shí)也可以在過(guò)程中每年適當(dāng)疏林，砍伐成竹、老竹，維護(hù)結(jié)構(gòu)的同時(shí)經(jīng)濟(jì)利用，以工程養(yǎng)工程。

本實(shí)用新型從以下的實(shí)用新型構(gòu)思出發(fā)，作出本實(shí)用新型的技術(shù)方案。

為了彌補(bǔ)被動(dòng)網(wǎng)在耐久性、運(yùn)行維護(hù)和生態(tài)功能等方面的不足，可采用單軸散生竹形成生態(tài)的立體被動(dòng)防護(hù)結(jié)構(gòu)；散生竹防護(hù)高度一般超過(guò)10m，如金竹等小型散生竹都基本能達(dá)到8-12m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一般被動(dòng)網(wǎng)的5m高度；防護(hù)寬度(沿坡面傾向)可以根據(jù)地形土壤等條件布置種植后通過(guò)植被生長(zhǎng)自組織調(diào)整滿(mǎn)足而不會(huì)大幅提高建設(shè)投資，而被動(dòng)網(wǎng)基本沒(méi)有防護(hù)寬度，不能形成立體防護(hù)能力；散生竹防護(hù)能力主要通過(guò)密集的纖維結(jié)構(gòu)韌性竹稈抵御沖擊，竹林形成后的寬度愈寬，防御間隙愈小，防護(hù)能力愈強(qiáng)，且竹枝和竹葉在遭遇落石后具有更大的變形能力和韌性從而提高防護(hù)等級(jí)，還不受季節(jié)影響；散生竹通過(guò)廣大的竹鞭結(jié)構(gòu)形成了類(lèi)似筏板的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性較被動(dòng)網(wǎng)更好。特別還應(yīng)指出的是，如果坡面災(zāi)害發(fā)生后被動(dòng)網(wǎng)造成損毀，必須待修復(fù)后才能形成防護(hù)能力，如坡面災(zāi)害持續(xù)不定發(fā)生將危害修復(fù)工作，導(dǎo)致被動(dòng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)達(dá)不到防護(hù)功能，但是散生竹則不然，坡面落石災(zāi)害基本不可能造成整片竹林損毀，所以在坡面災(zāi)害持續(xù)不定發(fā)生的情況下同樣具備防護(hù)能力，竹林具有自組織和自修復(fù)能力。

本實(shí)用新型中的主動(dòng)網(wǎng)、被動(dòng)網(wǎng)、窗簾式防護(hù)網(wǎng)、攔擋墻、攔擋樁或阻尼樁為現(xiàn)有技術(shù)。

三、實(shí)施例

如圖1-6所示的，一種斜坡混成型生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括用于阻止落石從斜坡上滾落的臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)和永久防護(hù)結(jié)構(gòu)，所述臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)由簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)工程物組成，所述永久防護(hù)結(jié)構(gòu)由生態(tài)植被種植林組成；所述臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)和永久防護(hù)結(jié)構(gòu)分別設(shè)于斜坡上。

如圖1-6所示，本實(shí)用新型的斜坡混成型生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)和永久防護(hù)結(jié)構(gòu)；滾石沿斜坡從上到下滾動(dòng)的路徑為斜坡的橫向，與斜坡的橫向垂直的位置為斜坡的縱向；臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)和永久防護(hù)結(jié)構(gòu)均設(shè)于斜坡上用于防止落石區(qū)的落石沿斜坡滾下造成災(zāi)害，本實(shí)用新型的臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)的位置設(shè)于斜坡上落石區(qū)落石沿斜坡滾落的路徑上，如圖6所示，臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)可以設(shè)立在落石區(qū)的下側(cè)與落石的運(yùn)動(dòng)路徑垂直的斜坡的縱向位置上；臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)也可以設(shè)立在落石區(qū)下側(cè)沿著斜坡橫向與永久防護(hù)結(jié)構(gòu)間隔設(shè)置，以在永久防護(hù)結(jié)構(gòu)為建立前，起到防護(hù)落石災(zāi)害發(fā)生為準(zhǔn)。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)工程物包括主動(dòng)網(wǎng)、被動(dòng)網(wǎng)、窗簾式防護(hù)網(wǎng)、攔擋墻、攔擋樁或阻尼樁。

具體地，臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)可以用現(xiàn)有的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)工程物制成，優(yōu)選地，所述簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)工程物可以為現(xiàn)有的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)工程物中的主動(dòng)網(wǎng)、被動(dòng)網(wǎng)、窗簾式防護(hù)網(wǎng)、攔擋墻、攔擋樁或阻尼樁。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述生態(tài)植被種植林為散生竹林、竹柳林或杉林。

為了起到永久的防護(hù)落石災(zāi)害發(fā)生和降低永久防護(hù)結(jié)構(gòu)維護(hù)效果，優(yōu)選地，本實(shí)用新型的永久防護(hù)結(jié)構(gòu)采用生態(tài)植被種植林組成，為了達(dá)到最佳的防護(hù)效果，本實(shí)用新型的生態(tài)植被采用具有散生密植性、生長(zhǎng)快速性、耐候性的縱向纖維桿型植被如散生竹林、竹柳林或杉林；進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的永久防護(hù)結(jié)構(gòu)為散生竹林。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述生態(tài)植被種植林為散生竹林，所述散生竹林為第一散生竹林，所述第一散生竹林包括若干個(gè)第一散生竹組；每個(gè)第一散生竹組由若干排第一散生竹排組成，每個(gè)第一散生竹排由若干個(gè)第一散生竹組成；相鄰的第一散生竹組的組間距為5～10米；每個(gè)第一散生竹組內(nèi)相鄰的第一散生竹排的排間距為1米～1.5米，每個(gè)第一散生竹排內(nèi)相鄰的第一散生竹的間距為1米～1.5米；所述若干個(gè)第一散生竹的直徑為3-4厘米，所有的第一散生竹的高度為10米～15米，相鄰的第一散生竹排錯(cuò)落排列。

本實(shí)用新型的生態(tài)植被種植林由若干散生竹組成，即生態(tài)植被為散生竹林，為了使本實(shí)用新型的散生竹林起到更好的防護(hù)效果，對(duì)本實(shí)用新型的散生竹林的散生竹的位置進(jìn)行了優(yōu)化，根據(jù)如圖1-3所示的坡形和落石運(yùn)動(dòng)軌跡確定需要設(shè)置散生竹林的區(qū)域，根據(jù)散生竹林預(yù)期的生長(zhǎng)區(qū)域，確定散生竹林的種植區(qū)域；然后，在所有的種植區(qū)域內(nèi)，根據(jù)散生竹的生長(zhǎng)特性，結(jié)合臨時(shí)結(jié)構(gòu)的防護(hù)能力，將種植區(qū)域內(nèi)的散生竹林劃分為若干種植竹組，將每個(gè)種植竹組劃分為若干種植竹排，選定每個(gè)種植竹排內(nèi)相鄰的散生竹的間距。選用散生竹高度為10～15米，散生竹的直徑為3～4厘米的散生竹進(jìn)行種植，從而，使本實(shí)用新型的散生竹林防護(hù)能力更強(qiáng)同時(shí)通過(guò)散生竹的快速生長(zhǎng)使本實(shí)用新型的永久防護(hù)結(jié)構(gòu)快速建立，從而與臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)共同起到防止落石災(zāi)害發(fā)生的作用。散生竹的高度可以根據(jù)斜坡坡型、落石的規(guī)模、落石直徑以及落石運(yùn)動(dòng)路徑來(lái)選擇。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第一散生竹排的排列方式為梅花形。

具體地，當(dāng)所述散生竹設(shè)置在暖溫帶至亞熱帶之間的氣候條件時(shí)，將相鄰的種植竹組的間距設(shè)定為5～10米，每個(gè)種植竹組內(nèi)相鄰的種植竹排的排間距設(shè)定為1米～1.5米，種植竹排內(nèi)相鄰的散生竹的間距為1米～1.5米，所述種植竹排的排列方式為梅花形時(shí)，各散生竹具有較好的生長(zhǎng)空間以及能夠起到較好的防護(hù)能力。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述散生竹林為第二散生竹林，所述第二散生竹林由若干個(gè)第二散生竹排組成，相鄰的第二散生竹排的排間距為1米～1.5米，每個(gè)第二散生竹排由若干個(gè)第二散生竹組成，所述若干個(gè)第二散生竹的高度為10米～15米，所述若干個(gè)第二散生竹的間距為1米～1.5米，所述若干個(gè)第二散生竹的直徑為3-4厘米，相鄰的第二散生竹排錯(cuò)落排列。

另一種實(shí)施方式是，所述散生竹林為第二散生竹林，將所述第二散生竹林劃分為若干個(gè)第二散生竹排，通過(guò)優(yōu)化每個(gè)第二散生竹排的排間距和每個(gè)第二散生竹的間距，從而使本實(shí)用新型的散生竹林起到更好的防護(hù)落石災(zāi)害發(fā)生的效果。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第二散生竹排的排列方式為梅花形。

優(yōu)選地，將第二散生竹林采用梅花形的排列方式，從而增強(qiáng)第二散生竹林的防護(hù)效果。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，當(dāng)斜坡坡型為直線(xiàn)型或凹型時(shí)，所述生態(tài)植被種植林設(shè)在斜坡的落石塌落點(diǎn)區(qū)域的下方，當(dāng)斜坡坡型為凸型時(shí)，所述生態(tài)植被種植林設(shè)在斜坡的凸出位置區(qū)域和斜坡的凸出位置區(qū)域下方落石塌落點(diǎn)。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述斜坡坡型為直線(xiàn)型或凹型，所述生態(tài)植被種植林為第一散生竹林或第二散生竹林，所述第一散生竹林設(shè)于斜坡的落石塌落點(diǎn)區(qū)域的下方。

為了達(dá)到更好的防護(hù)效果，本實(shí)用新型針對(duì)不同的斜坡坡型對(duì)生態(tài)植被種植林的位置進(jìn)行了優(yōu)化，當(dāng)斜坡坡型為直線(xiàn)型或凹型時(shí)，如圖1和2所示，生態(tài)植被種植林設(shè)在直線(xiàn)型斜坡的或凹型斜坡落石塌落點(diǎn)區(qū)域的下方。生態(tài)植被種植林可采用第一散生竹林或第二散生竹林。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述斜坡坡型為凸型；所述生態(tài)植被種植林為第一散生竹林或第二散生竹林，所述第一散生竹林或第二散生竹林設(shè)在斜坡的凸出位置區(qū)域和斜坡的凸出位置區(qū)域下方落石塌落點(diǎn)。

如圖3所示，當(dāng)斜坡坡形為凸型時(shí)，在凸型斜坡的凸出位置區(qū)域5(落石災(zāi)害塌落點(diǎn)范圍為L(zhǎng)3＇)和凸出位置區(qū)域下方落石塌落點(diǎn)6(落石災(zāi)害塌落點(diǎn)范圍為L(zhǎng)3)分別設(shè)置生態(tài)植被種植林，在凸型斜坡的凸出位置區(qū)域5或凸出位置區(qū)域下方落石塌落點(diǎn)6的生態(tài)植被種植林的沿斜坡設(shè)置的寬度如圖3所示，分別大于落石災(zāi)害的塌落點(diǎn)范圍L3＇和L3，從而當(dāng)斜坡為凸型時(shí)，本實(shí)用新型的生態(tài)植被種植林具有更好的防止斜坡落石災(zāi)害發(fā)生的作用。

如圖3所示，當(dāng)斜坡坡型為凸型時(shí)，根據(jù)斜坡落石區(qū)域的實(shí)際情況，采用將第一散生竹林或第二散生竹林設(shè)在斜坡的凸出位置區(qū)域和斜坡的凸出位置區(qū)域下方落石塌落點(diǎn)。為使散生竹林對(duì)落石有較好的防護(hù)作用，選用散生竹高度為10～15米，散生竹的直徑為3～4厘米的散生竹進(jìn)行種植，從而，使本實(shí)用新型的散生竹林防護(hù)能力更強(qiáng)同時(shí)通過(guò)散生竹的快速生長(zhǎng)使本實(shí)用新型的永久防護(hù)結(jié)構(gòu)快速建立，從而與臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)共同起到防止落石災(zāi)害發(fā)生的作用。

根據(jù)本說(shuō)明書(shū)的記載即可較好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的技術(shù)方案。