1.3　存在问题与研究范围界定

1.3.1　存在问题

虽然生态宜居视角下的堆积体土壤侵蚀研究取得了一定进展，但由于其多学科交叉的复杂性，仍存在需要深究和完善的地方：一是用于指导工程实践的理论深度有待进一步深究；二是生态宜居视角的堆积体土壤侵蚀防治缺乏系统的案例支撑。

对比根系固坡的国内外研究现状，国外学者对根系固坡机理的研究要相对完善些，但也存在进一步深入研究的必要。在以往的研究中，对生态工程堆积体浅层稳定性研究较少；降雨诱发堆积体失稳的关键是降雨转化为地下水，而转化为地下水的第一步是降雨与堆积体表层土体的接触，关于土体特性对降雨入渗侵蚀影响的研究较少。雨水入渗对生态工程堆积体浅层稳定非常不利，该因素模拟依靠大型室内仿真试验时设备成本高，不便于服务普遍的工程实践；植物根系作为土体组成部分，直观上可能感觉不到其对维持堆积体稳定做出的贡献，但有生命活力根系改善堆积体表层土体渗透能力、吸收土中水分参与植物呼吸作用及根系强度等的间接作用，进而改善堆积体土体基质吸力及强度这方面不容忽视，有待做深入研究，如根系形态对土体吸力的影响、根表面积指数与土体吸力的关系对含根土体抗剪强度的影响。鲜有不同降雨条件下堆积体稳定性计算模型的研究。在根系与土体强度方面，大量试验结论认为草本植物根系可以改善土体强度，主要体现在黏聚力上，忽略了参与植物蒸腾作用的根系吸水对土体基质吸力的改善及根系对雨水在堆积体土体入渗的影响，从根系形态及特征参数角度分析根系对堆积体土体强度影响的少。在含根土体强度试验方面，通常是从单一工程力学角度进行含根系重塑土试验研究或做单一的植物根系形态研究；在可控的前提下研究根系分布形态对土体强度的影响，学者们多是采用重塑土试样，鲜有学者运用应变控制式直剪试验研究不同根系倾斜角度下含根土体强度，并考虑直剪试验的不足对含根土体强度的影响。

研究区的生态恢复方面，国内外研究状况很少有针对性地对石灰岩矿区地质环境保护及土地复垦技术、实践进行探讨。因此，亟待探索适合我国国情的石灰岩矿山地质环境治理工程设计理论。建材类石灰岩矿区与露天煤矿有相似之处，同样面临着生态恢复的问题：①生态恢复缺乏整体性，总体水平和规模效益较低；②生态恢复技术以工程复垦技术为主，生态效益较差；③矿山环境治理薄弱，污染导致的生态恶化未得到足够重视。研究区域分布有大量石灰岩矿区，单个石灰岩矿区规模属小型、个别规模较大，但这些石灰岩矿区分布集中，严重损毁了区域生态环境，影响着当地经济有序健康发展。对研究区域石灰岩矿区进行研究，介绍石灰岩矿区土地复垦与生态修复对山地土壤侵蚀防治理论与方法的影响，讨论矿山地质环境保护及土地复垦体系，以便类似工程参考。研究区土地复垦存在的问题：①表土剥离困难。耕作层土壤和表层土壤是经过多年耕作和植物作用而形成的熟化土壤，是深层生土所不能替代的，对于植物种子的萌发和幼苗的生长有着重要作用；研究区石灰岩类矿区耕作层较薄，土地复垦工程中裂缝治理、土地平整等都受到很大影响，增加了矿区土地复垦经济成本。②管护措施不到位。土地复垦是一项由损毁土地初期开始到复垦措施实施之后若干年都需要进行的长期行为，土地复垦区域的植被尤为重要，各种植物种植之后仍需要一系列诸如平茬、补种加种、浇水、防冻、防虫害等管护措施。研究区存在缺陷的管护措施表现在以下四个方面：灌溉施肥措施、防寒防冻措施、病虫害防治措施、补种加种措施。

1.3.2　研究范围界定

堆积体是城乡建设、生产建设等人类工程活动的产物，是现代侵蚀的主要类型，与人类活动息息相关；人类活动增大了土壤侵蚀的强度、加快了土壤侵蚀的速度。土壤侵蚀是土壤及其母质（岩体）在水力、风力、重力、冻融等外营力综合作用下，被破坏、剥蚀、搬运、沉积的过程；土壤侵蚀的范畴包括土壤下面或跟土壤有接触的岩屑及岩体的侵蚀。从这个角度考虑，将土壤侵蚀做水土流失的同义语失之偏颇。人类工程活动是堆积体形成的重要外营力，人类工程活动是堆积体形成的前提条件，人类活动使得土壤侵蚀在地质侵蚀的基础上加速演化，在此基础上的土壤侵蚀防治亦需人类工程活动思想加以指导。根据外营力的种类，土壤侵蚀可划分为水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀等。水力侵蚀是由降雨及径流引起的土壤侵蚀，习惯上称为水土流失，包括面状的均匀的片蚀、径流渗入土体内部的潜蚀、线状水流对地表的沟蚀、地表径流对土壤的冲蚀、雨滴溅落对土壤的溅蚀。水力侵蚀直观的表现形式有浅层滑坡、泥石流，其发生的一个显著特征是没有植被或没有采取可靠水土保持措施的坡地或堆积体。风力侵蚀是在植被稀疏、气候相对干旱的环境下，土壤抗蚀能力小于风力而被带走的一种土壤流失、侵蚀模式。重力侵蚀是不稳定岩土体在以自身重力为主的作用下发生的失稳移动破坏现象，重力侵蚀常见的表现形式有崩塌、浅层滑坡、深层滑坡。堆积体土壤侵蚀作为在人为侵蚀基础上堆积形成坡体后又遭受自然侵蚀的地质灾害，有其独特的工程地质特性；它给人居环境带来的危害既有沙尘暴、大气污染等生态环境恶化问题，又有大量泥沙破坏基础设施设备问题，还有水土流失、次生地质灾害等渐变型地质环境问题。导致此种地质灾害的影响因素是多元的，既有自然因素，又有人为因素，概括起来为气候／降雨、地形、土壤、植被、地质五大因素；针对此类地质问题的防治措施有水利工程措施、生物措施。

“宜居”从字面意思理解是适宜居住，“生态宜居”则应包含适宜居住的环境与特性，讲求人与自然和谐相处。宜居性研究不仅包含社会学视角的宜居性研究、经济学视角的宜居性研究、空间环境层面的宜居性研究，还应包括生态地质环境层面的宜居性研究，基于“绿水青山就是金山银山”理念的生态地质环境层面宜居性研究，对堆积体土壤侵蚀防治进行设计是其应有议。这涉及生态宜居政策与地理地质环境、生态宜居理论与植物固土机理、地貌重塑与土壤重构、植被重建与景观再现等方面。

综上所述，本书在研究区地质灾害详查与地下水专题调查、工程勘察与专题研究成果的基础上，调查的土壤侵蚀既包含浅层滑坡、泥石流、崩塌、地面塌陷等常规地质灾害种类，也包括现代版愚公移山导致的水土流失、渐变型地质环境问题。在研究堆积体土壤侵蚀时，受侵蚀下垫面包括一般扰动地表、工程开挖面、堆积体三类；以植物（草本植物，以狗牙根为主）根系固土护坡措施为切入点，从生态宜居视角研究堆积体土壤侵蚀防治。基于此，本书以研究区境内大型弃土场、矿山开采、高填方等人为因素形成的大体量堆积体为调查对象，详细调查堆积体工程地质特征、浅层失稳破坏等土壤侵蚀特征、护坡植物特征，对典型的堆积体进行调查、取样、分析、总结，综合应用根系分形理论、岩土堆积体理论与非饱和土孔隙水作用机理理论，考虑降雨、根系、土在堆积体上的共同作用，对不同雨强诱发堆积体失稳做系统分析研究，系统分析雨水入渗侵蚀模型、根系吸水特点、水分在含根土中运移规律、浅层滑体稳定性分析模型、土体与根系互相作用机理的含根土力学模型，系统研究以狗牙根为主的草本植物（以下简称植物）须根系类浅根力学加筋作用的含根土体破坏机制、根系形态参数特征，推导含根土体孔隙水压力解析解、湿润锋深度解析解、抗剪强度指标取值方法，以期实现创新，提出改进的堆积体浅层失稳计算模型，提高生态工程堆积体稳定性分析方法的适用性、抗剪强度参数的准确度，为把植物防治土壤侵蚀法定量地应用于堆积体浅层稳定性的计算提供理论依据和方法，更好地指导生态工程堆积体防护工程实践。这将为城乡建设中运用植物防治土壤侵蚀提供理论参考和区域案例，丰富生态宜居的城乡建设理念，提升生态工程堆积体土壤侵蚀稳定性分析方法认识和实践。