生态混凝土护坡抗滑及抗雨水冲刷稳定性试验方法技术领域
本发明属于混凝土护岸技术领域，具体涉及一种生态混凝土护坡抗滑及抗雨水冲
刷稳定性试验方法。
背景技术
泥沙淤积，河床抬升，黄河下游渐成地上河，为安全起见人们不断筑堤束水。然而，
水流对岸坡的淘刷往往造成河堤坍塌，强降雨对岸坡的冲蚀又常常导致岸坡水土流失。对
此，人们又不得不对河堤采取硬化护岸措施，保护堤防安全。传统的混凝土护岸工程技术，
主要考虑河道抗冲刷和岸坡稳定，较少考虑生态环境因素。采用的施工形式，一是现浇混凝
土面板，二是铺砌混凝土预制板。两种施工方法的后果是在河道两岸土基上形成了大面积
的混凝土面板长廊。这些硬质长廊结构，阻碍了河岸带生物栖息地功能的发挥，破坏了河流
原有的生态系统。
无砂大孔生态混凝土护岸是以土质岸坡为基础，再加上混凝土、植被组成的一个
复合结构防护工程，土壤层的稳定对整个工程的安全运行至关重要，不论是浅层土体还是
深层土体的滑动破坏，都会导致护岸的失稳。护岸防护工程的作用就是改善和提高防护土
体稳定性，所以在设计工程方案前需要分析土体的稳定，研究影响其稳定性的因素，并进行
稳定性试验。
岸坡的整体稳定性主要受三个方面要素的影响，有岸坡内在结构形态、岸坡土壤
层抵抗冲刷的能力、靠近河岸处水流条件。传统的护岸工程以防止雨水径流、河水波浪对岸
坡土体冲刷作为主要使命，随着现代社会的快速发展，这一较单一的功能已经无法满足需
求，目前，尚未有好的研究技术对生态混凝土护坡符合结构稳定性进行研究的技术。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种抗强降雨冲刷能力强、安全可
靠性强、能提高施工质量的生态混凝土护坡抗滑及抗雨水冲刷稳定性试验方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：生态混凝土护坡抗滑及抗雨水
冲刷稳定性试验方法，包括以下步骤：
（1）、进行抗滑稳定性试验；
（2）、对抗滑稳定性试验结果进行分析；
（3）、进行抗雨水冲刷稳定性试验；
（4）、对抗雨水冲刷稳定性试验结果进行分析。
所述步骤（1）包括以下内容：
在120cm×120cm的方形木板上面覆盖2cm厚岸坡处采集的土壤，模拟成人工可调坡度
的护岸；按照不同类型的组合形式，依次进行下面六组对比试验；
①、木板上面只覆盖有2cm厚的土层，把土层夯实，坡比为1:4时，土层稳定，没有出现滑
动；坡比增大为1:3时，土层能够继续维持稳定；再次调整坡度直到土层无法维持自身稳定
开始下滑时止，量取垂直高度H和水平长度L值计算出坡比为1:1.6；
②、在木板上表面覆盖2cm厚的土层，把土层夯实，土层上按“角对角”的形式摆放4块六
边形格埂混凝土块，坡比为1:4时，结构稳定，没有出现滑动；坡比增大为1:3时，结构仍然能
够维持稳定；再次调整坡度直到结构无法维持自身稳定开始下滑时止，量取垂直高度H和水
平长度L值计算出坡比为1:1.9；
③、在木板上表面覆盖2cm厚的土层，把土层夯实，土层上按“角对角”的形式摆放4块呈
六边形的无砂大孔生态混凝土板，坡比为1:4时，结构稳定，没有出现滑动；坡比增大为1:3
时，结构仍然能够维持稳定；再次增大坡度直到结构无法维持自身稳定开始下滑时止，量取
垂直高度H和水平长度L值计算出坡比为1:1.6；
④、在木板上表面覆盖2cm厚的土层，把土层夯实，土层上按“角对角”的形式摆放4块六
边形格埂混凝土块，在每个格埂混凝土块内部再对应放置一块六边形无砂大孔生态混凝土
板；当坡比定为1:4时，复合结构稳定，没有出现滑动现象；将坡比增大为1:3时，复合结构仍
然能够维持稳定；再次增大坡度直到复合结构无法维持自身稳定开始下滑时止，量取垂直
高度H和水平长度L值计算出坡比为1:1.5；
⑤、在木板上表面覆盖2cm厚的土层，把土层夯实，土层上按“角对角”的形式摆放4块六
边形格埂混凝土块，在每个格埂混凝土块内部再对应放置一块六边形无砂大孔生态混凝土
板，再将每块无砂大孔生态混凝土板上面铺3cm厚的营养土，使营养土表面和六边形格埂混
凝土块齐平；当坡比定为1:4时，复合结构稳定，没有出现滑动现象；将坡比增大为1:3时，复
合结构仍然能够维持稳定；再次增大坡度直到复合结构无法维持自身稳定开始下滑时止，
量取垂直高度H和水平长度L值计算出坡比为1:1.5；
⑥、在木板上表面覆盖2cm厚的土层，把土层夯实，土层上按“角对角”的形式摆放4块六
边形格埂混凝土块，在每个格埂混凝土块内部再对应放置一块六边形无砂大孔生态混凝土
板，再将每块无砂大孔生态混凝土板上面铺3cm厚的草皮；当坡比定为1:4时，复合结构稳
定，没有出现滑动现象；将坡比增大为1:3时，复合结构仍然能够维持稳定；再次增大坡度直
到复合结构无法维持自身稳定开始下滑时止，量取垂直高度H和水平长度L值计算出坡比为
1:1.5。
所述步骤（2）针对上述六组试验结果分别进行分析，具体分析如下：
所述第②组：六边形格埂混凝土块自重大，与土壤接触面比较小，抗滑摩擦力也相应较
小，在仅有六边形格埂混凝土块护岸时容易出现下滑；
所述第③组：无砂大孔生态混凝土板块内部空隙较多、自重小，且与土壤接触面积较
大，抗滑摩擦力也相应较大，仅使用无砂大孔生态混凝土板块时比六边形格埂混凝土块抗
滑稳定性好；
所述第④组：将六边形格埂混凝土块和无砂生态大孔混凝土板块复合结构作为土坡的
护坡材质时，整体抗滑性能较使用单一型材质稍好些；
所述第⑤和第⑥组：六边形格埂混凝土块和无砂大孔生态混凝土板块复合结构上面铺
设营养土层或者营养土草皮时，抗滑稳定性没有进一步的提高，基本无变化；
所述第⑥组：由于试验时移植的营养土草皮是根系切割整齐后铺设到无砂大孔生态混
凝土板块的，无法得出根系生长一段时间后透过生态混凝土扎进岸坡土壤内是否对护坡整
体抗滑稳定性产生影响，需要在室外试验场地进行装配式生态混凝土护岸施工，模拟黄河
岸坡真实情况，通过一定的植物生长周期，待草根深入土壤内后，观察岸坡整体抗滑稳定
性。
所述步骤（3）包括以下内容：通常情况下护坡表面要受到降雨溅击和雨水径流冲
刷的影响，根据现有的坡面冲刷机理分析，坡面植被在生长到一定程度后，降雨溅击对坡面
的冲刷影响就可以忽略不计，此时的冲刷则主要是由雨水径流产生；
设定模拟降雨强度为110mm/h，首先制作一块长70cm、宽60cm的方形木板，在长侧边沿
加两块高8cm薄护板，木板面铺上塑料膜，以防止土壤在水流冲刷下从两边侧和下部流出塑
料膜上铺一层土，塑料膜上面覆盖2cm厚岸坡的土壤层，结合前面复合结构抗滑稳定性试验
得出的数据，试验设1:4、1:3、1:1.5三个坡比，由模拟雨强、坡度、木板面积计算出模拟流
量，按照每小时水量的多少定量从木板顶部往下形成不同雨强下的人造径流冲刷土壤；为
了有效研究人造雨水径流对土壤冲刷程度的影响，拟定木板上放置土、土＋六边形格埂混
凝土块、土＋生态混凝土板块、土＋六边形格埂混凝土块＋生态混凝土板块四种组合形式，
水流冲刷土壤时在底部收集流下的材质，由不同组合结构状态下土壤流失质量计算出对应
的土壤侵蚀模数，定量分析装配式生态混凝土护坡抗雨水冲刷稳定性。
所述步骤（4）针对抗雨水冲刷稳定性试验结果分别进行分析，具体分析包括以下
步骤：
a、绘制在坡比一定时，土壤侵蚀模数在不同工况的变化曲线图，工况即所述四种组合
形式；
b、绘制在同一工况下，随着坡比的变化，土壤侵蚀系数的变化规律曲线图；
c、根据步骤a和b绘制的曲线图，六边形格埂混凝土块在雨水开始冲刷初期，水土保持
性较好，当水流集聚到一定程度时，边框下部的土体会出现塌陷形成水土流失的通道，造成
水土短时期内急剧流失；
d、生态混凝土板块与土壤层接触面积大，且混凝土内部空隙多，不会出现水流聚集的
现象，当雨水径流冲刷时，会在附近未防护部位出现水土流失通道，比六边形格埂混凝土块
抑制水土流失的效果好；
e、土＋六边形格埂混凝土块＋生态混凝土板块复合结构在遭受水流冲刷时，下部也集
聚部分水，但防护部位没有出现明显的水土流失，水土保持效果最好。
采用上述技术方案，本发明的研究结果在新型无砂大孔生态混凝土护岸在结构稳
定的基础上，具有更好的防止降雨溅击、地表径流、河水波浪冲刷和侵蚀的能力，而且可以
在岸坡防护体上生长植物，维系水陆区域生态平衡。生态混凝土护岸技术广阔的应用前景
吸引了许多科研人员投入到相关问题的探索中去，鉴于目前的应用和研究均处于现浇混凝
土阶段，本发明提出按照工程施工所用各试件全部采用预制，再到现场拼装的方法施工，并
通过相关理论知识分析、室内测试性能、室外模拟现场，结合室外现场施工作业过程得出如
下结论：复合结构较单一结构抗滑稳定性好，同时抗雨水冲刷能力最佳。工程进行时预制件
拼装对施工现场条件要求低，操作简便、快捷，节约了工期，降低了支出费用。选择岸坡种植
植物时要考虑本土适应性，植被日常管理应以自然生长为主，人工管护为辅，避免过多的人
工干预。
综上所述，本发明原理科学、易于操作、试验数据精准，针对试验数据进行分析可
延伸到施工作业创新之处，全部采用预制的方法加工混凝土格埂、植生型生态混凝土板块、
营养土和草皮，然后到现场拼装。这样，既能减少现场施工环节，压缩现场作业时间，适应各
种现场施工条件，又可以使施工质量和工程效果提高，便于推广混凝土生态护岸技术。
附图说明
图1是坡比为1/4时，土壤侵蚀系数随着工况的变化曲线；
图2是坡比为1/3时，土壤侵蚀系数随着工况的变化曲线；
图3是工况为裸土壤层时，土壤侵蚀系数随着坡比的变化曲线；
图4是工况为裸土壤层+格梗混凝土块时，土壤侵蚀系数随着坡比的变化曲线；
图5是工况为裸土壤层+生态混凝土板块时，土壤侵蚀系数随着坡比的变化曲线；
图6是工况为裸土壤层+生态混凝土板块+格梗时，土壤侵蚀系数随着坡比的变化曲线。
具体实施方式
本发明的生态混凝土护坡抗滑及抗雨水冲刷稳定性试验方法，包括以下步骤：
（1）、进行抗滑稳定性试验；
（2）、对抗滑稳定性试验结果进行分析；
（3）、进行抗雨水冲刷稳定性试验；
（4）、对抗雨水冲刷稳定性试验结果进行分析。
所述步骤（1）包括以下内容：
在120cm×120cm的方形木板上面覆盖2cm厚岸坡处采集的土壤，模拟成人工可调坡度
的护岸；按照不同类型的组合形式，依次进行下面六组对比试验；
①、木板上面只覆盖有2cm厚的土层，把土层夯实，坡比为1:4时，土层稳定，没有出现滑
动；坡比增大为1:3时，土层能够继续维持稳定；再次调整坡度直到土层无法维持自身稳定
开始下滑时止，量取垂直高度H和水平长度L值计算出坡比为1:1.6；
②、在木板上表面覆盖2cm厚的土层，把土层夯实，土层上按“角对角”的形式摆放4块六
边形格埂混凝土块，坡比为1:4时，结构稳定，没有出现滑动；坡比增大为1:3时，结构仍然能
够维持稳定；再次调整坡度直到结构无法维持自身稳定开始下滑时止，量取垂直高度H和水
平长度L值计算出坡比为1:1.9；
③、在木板上表面覆盖2cm厚的土层，把土层夯实，土层上按“角对角”的形式摆放4块呈
六边形的无砂大孔生态混凝土板，坡比为1:4时，结构稳定，没有出现滑动；坡比增大为1:3
时，结构仍然能够维持稳定；再次增大坡度直到结构无法维持自身稳定开始下滑时止，量取
垂直高度H和水平长度L值计算出坡比为1:1.6；
④、在木板上表面覆盖2cm厚的土层，把土层夯实，土层上按“角对角”的形式摆放4块六
边形格埂混凝土块，在每个格埂混凝土块内部再对应放置一块六边形无砂大孔生态混凝土
板；当坡比定为1:4时，复合结构稳定，没有出现滑动现象；将坡比增大为1:3时，复合结构仍
然能够维持稳定；再次增大坡度直到复合结构无法维持自身稳定开始下滑时止，量取垂直
高度H和水平长度L值计算出坡比为1:1.5；
⑤、在木板上表面覆盖2cm厚的土层，把土层夯实，土层上按“角对角”的形式摆放4块六
边形格埂混凝土块，在每个格埂混凝土块内部再对应放置一块六边形无砂大孔生态混凝土
板，再将每块无砂大孔生态混凝土板上面铺3cm厚的营养土，使营养土表面和六边形格埂混
凝土块齐平；当坡比定为1:4时，复合结构稳定，没有出现滑动现象；将坡比增大为1:3时，复
合结构仍然能够维持稳定；再次增大坡度直到复合结构无法维持自身稳定开始下滑时止，
量取垂直高度H和水平长度L值计算出坡比为1:1.5；
⑥、在木板上表面覆盖2cm厚的土层，把土层夯实，土层上按“角对角”的形式摆放4块六
边形格埂混凝土块，在每个格埂混凝土块内部再对应放置一块六边形无砂大孔生态混凝土
板，再将每块无砂大孔生态混凝土板上面铺3cm厚的草皮；当坡比定为1:4时，复合结构稳
定，没有出现滑动现象；将坡比增大为1:3时，复合结构仍然能够维持稳定；再次增大坡度直
到复合结构无法维持自身稳定开始下滑时止，量取垂直高度H和水平长度L值计算出坡比为
1:1.5。
上述六组试验结果整理成表1如下：
表1抗滑稳定性试验结果汇总表
![]()
针对上述六组试验结果（表1）分别进行分析，具体分析如下：
所述第②组：六边形格埂混凝土块自重大，与土壤接触面比较小，抗滑摩擦力也相应较
小，在仅有六边形格埂混凝土块护岸时容易出现下滑；
所述第③组：无砂大孔生态混凝土板块内部空隙较多、自重小，且与土壤接触面积较
大，抗滑摩擦力也相应较大，仅使用无砂大孔生态混凝土板块时比六边形格埂混凝土块抗
滑稳定性好；
所述第④组：将六边形格埂混凝土块和无砂生态大孔混凝土板块复合结构作为土坡的
护坡材质时，整体抗滑性能较使用单一型材质稍好些；
所述第⑤和第⑥组：六边形格埂混凝土块和无砂大孔生态混凝土板块复合结构上面铺
设营养土层或者营养土草皮时，抗滑稳定性没有进一步的提高，基本无变化；
所述第⑥组：由于试验时移植的营养土草皮是根系切割整齐后铺设到无砂大孔生态混
凝土板块的，无法得出根系生长一段时间后透过生态混凝土扎进岸坡土壤内是否对护坡整
体抗滑稳定性产生影响，需要在室外试验场地进行装配式生态混凝土护岸施工，模拟黄河
岸坡真实情况，通过一定的植物生长周期，待草根深入土壤内后，观察岸坡整体抗滑稳定
性。
所述步骤（4）包括以下内容：通常情况下护坡表面要受到降雨溅击和雨水径流冲
刷的影响，根据现有的坡面冲刷机理分析，坡面植被在生长到一定程度后，降雨溅击对坡面
的冲刷影响就可以忽略不计，此时的冲刷则主要是由雨水径流产生；
设定模拟降雨强度为110mm/h，首先制作一块长70cm、宽60cm的方形木板，在长侧边沿
加两块高8cm薄护板，木板面铺上塑料膜，以防止土壤在水流冲刷下从两边侧和下部流出塑
料膜上铺一层土，塑料膜上面覆盖2cm厚岸坡的土壤层，结合前面复合结构抗滑稳定性试验
得出的数据，试验设1:4、1:3、1:1.5三个坡比，由模拟雨强、坡度、木板面积计算出模拟流
量，按照每小时水量的多少定量从木板顶部往下形成不同雨强下的人造径流冲刷土壤；为
了有效研究人造雨水径流对土壤冲刷程度的影响，拟定木板上放置土、土＋六边形格埂混
凝土块、土＋生态混凝土板块、土＋六边形格埂混凝土块＋生态混凝土板块四种组合形式，
水流冲刷土壤时在底部收集流下的材质，由不同组合结构状态下土壤流失质量计算出对应
的土壤侵蚀模数，定量分析装配式生态混凝土护坡抗雨水冲刷稳定性。试验数据见表2。
表2抗雨水冲刷稳定性试验结果汇总表
![]()
土壤侵蚀模数指的是在单位时间内的单位面积上土壤泥土及其母质土体发生侵蚀量
的大小，它是表述土壤侵蚀强度的一个指标数值，用来显示在单位时间内某个区域的侵蚀
强度大小。由于在抗滑稳定性试验中以上四种组合只有土＋六边形格埂混凝土＋生态混凝
土板块这种复合结构形式的滑动临界坡比达到了1:1.5，故在1:1.5坡比下只测试土＋六边
形格埂混凝土＋生态混凝土板块复合结构的抗雨水冲刷稳定性。
针对抗雨水冲刷稳定性试验结果分别进行分析，具体分析包括以下步骤：
a、绘制在坡比一定时，土壤侵蚀模数在不同工况的变化曲线图，工况即所述四种组合
形式；如图1和图2所示；图1和图2中的四种工况分别为：工况1----裸土壤层；工况2-----土
壤层覆盖上六边形格埂混凝土块；工况3-----土壤层覆盖上生态混凝土板块；工况4------
土壤层覆盖上六边形格埂混凝土块和生态混凝土板块；由图1和图2可以看出，裸土壤层在
人造径流冲刷下土壤侵蚀模数较大，土壤层覆盖上六边形格埂混凝土块或者生态混凝土板
块后土壤侵蚀模数有所减小，而当土壤层覆盖上六边形格埂混凝土块和生态混凝土板块形
成复合结构时土壤侵蚀模数有明显的减小，说明将六边形格埂混凝土块和生态混凝土板块
共同应用于护坡，能够明显提高其抗雨水冲刷的能力。
b、绘制在同一工况下，随着坡比的变化，土壤侵蚀系数的变化规律曲线图；如图
3--图6所示，随着坡比由1:4到1:3，坡度在增大，同样的组合形式土壤侵蚀模数也在变大，
尤其是复合结构在1:1.5的临界坡比下，水流冲刷加剧了结构失稳下滑，土壤侵蚀模数显著
增大，此种条件下护坡无法有效保持自身稳定性。
c、根据步骤a和b绘制的曲线图，六边形格埂混凝土块在雨水开始冲刷初期，水土
保持性较好，当水流集聚到一定程度时，边框下部的土体会出现塌陷形成水土流失的通道，
造成水土短时期内急剧流失；
d、生态混凝土板块与土壤层接触面积大，且混凝土内部空隙多，不会出现水流聚集的
现象，当雨水径流冲刷时，会在附近未防护部位出现水土流失通道，比六边形格埂混凝土块
抑制水土流失的效果好；
e、土＋六边形格埂混凝土块＋生态混凝土板块复合结构在遭受水流冲刷时，下部也集
聚部分水，但防护部位没有出现明显的水土流失，水土保持效果最好。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发
明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等
同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权
利要求范围当中。