摘 要：为提高边坡的抗雨水侵蚀性，以黄麻纤维为原材料，配比了一种纤维加筋土，并优化了黄麻纤维添加量以及纤维加筋土厚度。结果表明，当黄麻纤维添加量为0.3%时，这种黄麻纤维加筋土具备较好的抗崩解性能，崩解速率为0.0308%/s。当纤维加筋土厚度为5cm,这种黄麻纤维加筋土边坡具备较好的抗雨水侵蚀性能。其中，6、12h体积含水率分别为30.5%、30.7%,边坡孔隙水压力分别为2.62、2.84kPa,泥土冲蚀量分别为187、232g。同时，这种黄麻纤维加筋土在生态边坡施工中应用效果较好。综上，这种黄麻纤维加筋土具有较好的抗雨水侵蚀性能以及抗崩解性能，具有良好的工程应用前景。
关键词：边坡；黄麻纤维；加筋土；体积含水率；孔隙水压力
在我国众多的基础设施建设过程中，存在大量的裸露边坡。由于降雨等环境因素的影响，这些裸露边坡会出现水土流失现象，甚至出现边坡失稳，影响基础设施的安全服役，影响生态环境。因此，研究边坡防护材料具有重要意义。对此，蒋希雁等[1]对棕榈纤维加筋土进行了研究。他们认为，当棕榈纤维掺量为0.75%、棕榈纤维长度为20mm时，这种加筋土的极限主应力比素土提高172.9%,可以改善土体的抗剪强度。李丽华等[2]则利用了废弃的农作物秸秆，制备稻秸秆加筋土。结果表明，稻秸秆的最佳掺量为0.3%,此时，加筋土具备较好的水稳定性和抗崩解性能。周帅等[3]则针对边坡黏土容易失水收缩干裂等问题，研制了苎麻纤维加筋土。结果表明，当纤维加筋率为0.5%、苎麻纤维长度为15mm时，苎麻纤维对土体的加筋效果最佳。
本试验则尝试采用绿色环保的黄麻纤维配比纤维加筋土，并将其应用到生态边坡施工中。同时，优化了黄麻纤维添加量以及纤维加筋土厚度。这可为生态边坡施工提供生态友好的边坡加固新材料，为实现工程建设与环境保护的协调发展提供参考。
1 试验部分
1.1 材料与设备
主要材料：黄麻纤维（工业纯，山东东锴工程材料有限公司，长度为20mm);KH560型硅烷偶联剂（工业纯，南京百聚科技有限公司）。
主要设备：SHY-1型土壤湿化试验仪（河北广惠试验仪器有限公司）；FT-WSY485型土壤温度水分变送器（山东风途物联网科技有限公司）；TH-SY1型孔隙水压力计（山东天蔚环境科技有限公司）。
1.2 试验方法
1.2.1 黄麻纤维加筋土的配比
黄麻纤维是天然植物纤维，有着降解性能优良、成本低廉、环保的特点。使用黄麻纤维对边坡土的抗侵蚀性进行改善，制备黄麻纤维加筋土，步骤为[4-6]:
(1)取适量边坡土，用真空干燥箱，在温度为65℃的条件下干燥12h,取出后自然冷却；
(2)对边坡土喷洒适量酒精水，将边坡土的含水率控制在18%,充分搅拌混合，并在保湿桶中静置24h;
(3)取100g黄麻纤维，添加到250mL的KH560型硅烷偶联剂中，在室温条件下搅拌并浸泡24h。其中，KH560型硅烷偶联剂的质量浓度为2%;
(4)将黄麻纤维取出，然后在恒温120℃的条件下固化处理1h,得改性黄麻纤维；
(5)向处理好的边坡土中添加一定量的改性黄麻纤维，同时添加适量植物种子，充分搅拌混合，得黄麻纤维加筋土。
1.2.2 崩解试验
将黄麻纤维加筋土添加到崩解模具中，搅拌混合使加筋土分布均匀，然后将加筋土击实，得黄麻纤维加筋土崩解试样。其中，压实度控制为85%。之后，通过土壤湿化试验仪对黄麻纤维加筋土崩解试样进行测试。
1.2.3 模拟边坡降雨试验
为测试黄麻纤维加筋土抵御雨水侵蚀的能力，通过土壤温度水分变送器、水管、高压喷头、漏斗等构建边坡降雨模拟装置。采用分层铺筑法，向边坡降雨模拟装置中添加边坡土，然后将黄麻纤维加筋土堆积在边坡的坡面上，并压实。之后，在边坡坡面覆盖以保鲜膜，精制24h,使边坡固结。最后，通过边坡降雨模拟装置，在降雨强度为156mm/(12h)、坡比为1：1的条件下对黄麻纤维加筋土边坡进行测试。
1.3 性能测试
1.3.1 崩解速率
在崩解试验中，通过土壤湿化试验仪对黄麻纤维加筋土进行测试，并根据浮筒读数，分析黄麻纤维加筋土的崩解速率，公式为[7-8]:
式中：At为黄麻纤维加筋土的在t时间的崩解量；M0为初始的浮筒读数；Mt为在t时间的浮筒读数；Kt为黄麻纤维加筋土在t1~t2时间段内的崩解速率；At1为在t1时间的黄麻纤维加筋土累积崩解量；At2为在t2时间的黄麻纤维加筋土累积崩解量。
1.3.2 体积含水率
在模拟边坡降雨试验中，通过土壤温度水分变送器对黄麻纤维加筋土中的体积含水率进行检测。
1.3.3 孔隙水压力
在模拟边坡降雨试验中，通过孔隙水压力计测定边坡的孔隙水压力。
1.3.4 泥土冲蚀量
在模拟边坡降雨试验中，收集降雨后从边坡坡面流向底部水槽中的浑浊水样，装入烧杯中烘干。冷却后，用电子天平称量冲刷出来的泥土总质量，并分析泥土冲蚀量。
2 结果与分析
2.1 黄麻纤维添加量的优化
在不同的黄麻纤维添加量条件下，对黄麻纤维加筋土进行崩解试验，并测试各黄麻纤维加筋土的崩解速率，结果如图1所示。
图1 黄麻纤维添加量对崩解速率的影响
由图1可知，随着黄麻纤维加筋土中黄麻纤维添加量的增加，加筋土的崩解速率先降低后升高。当未添加黄麻纤维时，空白土试样的崩解速率较高，达到0.0493%/s。当黄麻纤维添加量为0.15%时，加筋土的崩解速率降低，为0.0354%/s。当黄麻纤维添加量为0.3%时，加筋土的崩解速率达到最小值，为0.0308%/s。这与空白土试样相比，崩解速率降低了37.53%。然而，继续增大黄麻纤维添加量到0.45%时，加筋土的崩解速率又开始增大，为0.0369%/s。这是因为，随着黄麻纤维的添加，边坡土体系的密实度和稳定性增强，土体的抗崩解性提高。所以，土体崩解速率降低。但黄麻纤维过多时，由于黄麻纤维团聚等现象会导致土体中孔隙增多，且会影响土体的整体稳定性，因此，崩解速率提高[9-12]。由此可见，为保证加筋土良好的抗崩解性，黄麻纤维的添加量应为0.3%。
2.2 纤维加筋土厚度的优化
2.2.1 体积含水率
在黄麻纤维的添加量为0.3%的条件下，以不同的纤维加筋土厚度进行模拟边坡降雨试验，并测试6、12h雨水冲刷后加筋土的体积含水率，结果如图2所示。
图2 纤维加筋土厚度对体积含水率的影响
由图2可知，当纤维加筋土厚度增加时，加筋土的体积含水率也在不断增大。当纤维加筋土厚度为0cm时，空白土试样的6、12h体积含水率均较小，分别为27.3%、27.4%。当铺设的纤维加筋土厚度为2.5cm时，加筋土的6、12h体积含水率分别增大到28.1%、28.3%。当纤维加筋土的厚度增大到5cm时，加筋土的6、12h体积含水率继续增大，分别为30.5%、30.7%。之后，继续增大纤维加筋土的厚度，加筋土的体积含水率增大幅度变得缓慢。当纤维加筋土的厚度为7.5cm或者10cm时，加筋土的6h体积含水率分别为30.9%、31.4%;12h体积含水率分别为31.4%、31.5%。由此可见，6h和12h雨水冲刷后的体积含水率基本变化不大。综上，这种纤维加筋土有着良好的持水性，具有抵抗雨水侵蚀的能力。
2.2.2孔隙水压力
在黄麻纤维的添加量为0.3%的条件下，以不同的纤维加筋土厚度进行模拟边坡降雨试验，并测试6、12h雨水冲刷后边坡孔隙水压力，结果如图3所示。
图3 纤维加筋土厚度对孔隙水压力的影响
由图3可知，随着纤维加筋土厚度增加，边坡孔隙水压力先快速减小，然后缓慢减小。当纤维加筋土厚度为0cm时，空白土体的边坡孔隙水压力较大，6、12h边坡孔隙水压力分别为4.96、7.27kPa。当纤维加筋土厚度为2.5cm时，6、12h边坡孔隙水压力均减小，分别为3.74、4.85kPa。当纤维加筋土厚度为5cm时，6、12h边坡孔隙水压力均继续减小，且均达到一个转折点，分别为2.62、2.84kPa。当继续增大纤维加筋土厚度增大到7.5cm时，6、12h边坡孔隙水压力减小幅度降低，分别为2.51、2.70kPa。当纤维加筋土厚度为10cm时，6、12h边坡孔隙水压力变化不大，分别为2.42、2.61kPa。由此可见，随着雨水冲刷时间的增加，铺设有纤维加筋土的边坡孔隙水压力变化不大。且可以通过适当增大纤维加筋土的厚度，来降低边坡孔隙水压力，进而增强边坡稳定性[13]。综上，当纤维加筋土厚度为5cm时，边坡的孔隙水压力相对较小，边坡具有较强的抗雨水侵蚀能力。
2.2.3 泥土冲蚀量
在黄麻纤维的添加量为0.3%的条件下，以不同的纤维加筋土厚度进行模拟边坡降雨试验，并测试6、12h雨水冲刷后边坡泥土冲蚀量，结果如图4所示。
图4 纤维加筋土厚度对泥土冲蚀量的影响
由图4可知，随着纤维加筋土厚度的增加，泥土冲蚀量明显降低。当纤维加筋土厚度为0cm时，空白边坡的6、12h泥土冲蚀量均较大，分别为625、751g。当纤维加筋土的厚度达到2.5cm时，边坡的6、12h泥土冲蚀量大幅度减小，分别为357、410g。当纤维加筋土的厚度达到5cm时，边坡的6、12h泥土冲蚀量减小到一个稳定值，分别为187、232g。此后，继续增大纤维加筋土的厚度，边坡在6、12h的泥土冲蚀量均变化不大。由此可见，当纤维加筋土厚度为5cm时，这种边坡可以具备较好的抗雨水侵蚀能力。
2.3 应用效果分析
2.3.1 生态边坡施工工艺
为验证这种黄麻纤维加筋土的应用效果，将黄麻纤维加筋土应用于某生态边坡施工中。具体施工工艺为：
(1)将边坡坡面的杂草、碎石等清理干净，并开挖水平沟壑，保证坡度不大于1：1.5;
(2)以边坡土、改性黄麻纤维、有机肥和狗牙根等植物种子搅拌混合，制备黄麻纤维加筋土。其中，植物种子的播种量控制在25g/m2;
(3)采用分层铺筑法，将黄麻纤维加筋土均匀铺设在边坡表面，同时压实。黄麻纤维加筋土的厚度控制在5cm;
(4)在铺设好的黄麻纤维加筋土表面覆盖无纺布或者塑料薄膜，并做好不少于7d的洒水处理。
2.3.2 施工效果
表1为黄麻纤维加筋土生态边坡的具体施工效果及不含黄麻纤维加筋土的空白边坡进行对比的结果。
表1 黄麻纤维加筋土生态边坡施工效果
由表1可知，可以看到，与空白边坡相比，黄麻纤维加筋土生态边坡的崩解速率更低，降低幅度达到36.73%。同时，黄麻纤维加筋土生态边坡的体积含水率更高，达到30.8%。除此之外，黄麻纤维加筋土生态边坡的植被覆盖率明显增大，达到86%。这说明，这种黄麻纤维加筋土生态边坡具有较好的抗雨水侵蚀能力和抗崩解性能，具有较好的工程适用性。
3 结语
(1)优选黄麻纤维添加量为0.3%。此时，加筋土的崩解速率达到最小值，为0.0308%/s,降低了37.53%;
(2)优选黄麻纤维加筋土厚度为5cm。此时，边坡的体积含水率比较稳定，且崩解速率较小，泥土冲蚀量较少；
(3)这种黄麻纤维加筋土具有较好的抗雨水侵蚀能力和抗崩解性能，具有较好的工程适用性。
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文章摘自：唐锋.黄麻纤维加筋抗侵蚀改性材料在生态边坡施工中的应用[J].粘接,2026,53(03):759-762.
