The relative importance of soil crust and slope angle in runoff and soil loss: a case study in the hilly areas of the Loess Plateau, North China

Soil crust and slope angle are of important factors affecting runoff production and sediment yield. In the hilly areas of the Loess Plateau, North China, slope lands are distributed extensively and subjected to soil crusting; therefore, the research on the responses of runoff and soil loss to soil crust and slope angle is essential to soil and water conservation. In the study, five pairs of 1 m × 5 m plots with slope angles of 5°, 10°, 15°, 20° and 25° respectively, were established in Wangjiagou watershed, which was located at the Loess Plateau, China. Based on the two simulated rainfall events, uncrusted surface prior to the first simulated rainfall event, and crusted surface prior to the second rainfall event were distinguished. The runoff production and soil loss were measured at intervals of 5 min during the simulated events. It indicated that both soil crust and slope angle played an important role in runoff production and soil loss. With the reference slope angle of 5°, the relative importance of soil crust and slope angle in runoff production was calculated. It showed that soil crust effect on the total runoff volume decreased from 100 to ～40%, while slope angle effect increased from 0 to ～60% with increasing slope angle because soil crust less developed on the steeper slopes. Furthermore, soil crust effect was associated with rainfall duration. At the same slope angle, the relative importance of soil crust decreased with rainfall duration because new crust was formed on the uncrusted surface. The critical slope of erosion was also discussed. Soil loss increased with slope angle when the slope angle was less than 20°. Generally speaking, soil crust effect decreased with slope angle and/or rainfall duration.     

基于坡面稳定的黄土路堑高边坡优化设计

通过室内外黄土边坡的冲刷试验结果发现,随着坡度的增加,坡面上的最大冲沟深度呈先减少、后增大的趋势。黄土边坡坡角值越接近临界坡角,坡面产生破坏的可能性越小。根据坡面流理论,导出黄土路堑高边坡抗冲刷的临界坡角。根据调查发现,当边坡的坡角相同时,单级坡体越高,坡体（即坡长越长）越易形成明显的冲沟。根据坡角、坡面长和坡面冲刷量之间的关系,建立了基于坡面稳定的黄土路堑高边坡优化设计模型。用该模型对典型路堑高边坡进行计算验证,优化结果和实际情况吻合较好。     

人工边坡治理设计最优坡角确定方法浅析

人工边坡治理包含削坡开挖、坡体加固、土地征用、工程环境等内容，各子项工程成本均与设计开挖坡角有密切关系。作者阐述了设计最优坡角的工程意义，并通过工程技术与成本诸要素分析，提出了最优坡角的确定方法。     

地形地貌对地震波放大效应数值模拟研究

采用FLAC3D 软件进行大量数值模拟,研究了地形地貌对地震波放大效应规律。结果表明:对于单面坡模型,斜坡较低时,坡体对天然地震波和简谐波的峰值加速度在竖直向和顺坡面向产生线性放大效应。斜坡较高时,若坡角低,两种波形的加速度等值线近似平行于坡面,天然地震波坡顶正下方极值性不明显,但随坡角增大而明显,坡面正下方可见若干条与坡面相平行具节律性的极小值条带,随坡角增大向一条极值带转化,简谐波在高低坡脚时坡顶面正下方区域内都出现等间距相间分布具节律性的极值条带,坡面正下方的极值带状性不如天然地震波明显,随坡角增大而消失; 若坡角高,两波形加速度放大系数顺坡面呈相间的极值圈分布。双面坡坡顶宽度越小,山脊越单薄,加速度放大效应越强烈,随坡顶宽度增大,坡肩加速度放大系数趋于稳定,双面坡对加速度放大效应强于单面坡。对加速度放大效应,多峰形双峰形单峰形,坡顶越不规则,加速度放大效应越强烈。V形河谷坡面上半部分加速度放大效应要强于U形河谷,U形河谷的谷底中部对地震波动力响应要强于V形谷。坡面局部不规则性只影响到坡面局部范围内的峰值加速度分布,坡高、坡角、坡顶几何特征为整个峰值加速度分布的控制因素。     

基于Newmark模型的天水市北山地震黄土滑坡危险性评价

本文通过天水市北山野外调查和室内分析相结合的方法,开展基于Newmark累积位移法的地震黄土滑坡危险性分析。分析了研究区的孕灾背景,结合现有滑坡和不稳定斜坡的调查数据,在充分考虑了震源方位角和斜坡坡向角的角度关系基础上,对优势坡向角和劣势坡向角下的斜坡易发性进行分析计算,然后用回归方程求出PGA为0.3 g时斜坡的累积位移,最后计算出斜坡在地震荷载下的失稳概率。在此基础上,对北山进行地震黄土滑坡的危险性评价。分析结果表明:在Newmark模型的地震黄土滑坡危险性评估中引入斜坡坡向角和震源方位角关系,有利于提高小区域(大比例尺)风险评估的准确性。     

非均质成层边坡极限承载力上限分析

极限承载力一直是采矿、岩土等领域关注的难点和热点问题,严重影响着边坡与邻坡建（构）筑物的安全稳定性。基于极限分析上限定理,考虑边坡滑动溢出位置不确定性影响,建立3种模式的非均质成层边坡刚性多滑块破坏机制,推导出边坡极限承载力上限解,并采用序列二次规划算法（SQP）求其最优值。以三岔露天矿北帮为工程背景,通过与数值计算结果对比分析,验证本文方法的有效性,进而开展不同坡角和排土场距坡肩距离影响分析。结果表明：（1）本文方法计算结果与数值计算结果吻合度较好,表明本文方法边坡极限承载力上限解合理有效;（2）边坡极限承载力与坡角大小呈线性负相关,与排土场距坡肩距离呈线性正相关,相比于排土场距坡肩距离而言,坡角对边坡承载力影响更为敏感;（3）坡角变化对边坡失稳模式影响较大,而排土场距坡肩距离的变化对边坡失稳模式影响不明显;（4）坡角和排土场距坡肩距离均对滑裂面起始位置和溢出位置有影响,滑裂面起始位置受排土场距坡肩距离影响较大而受坡角影响较小,滑裂面溢出位置受坡角影响较大而受排土场距坡肩距离影响较小。相关研究成果有望为边坡及邻坡基础设计提供理论支持。     

Optimum Design of Highway Excavation Slope Angle: Evidence from Dawu Section of Jingzhu Highway

ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＨｉｇｈｗａｙｅｘｃａｖａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ ,ａｐｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｌｏｐｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ,ａｉｍｓｔｏｐｒｏｐｏｓｅｔｈｅｓｕｉｔａｂｌｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎｓｌｏｐｅａｎ ｇｌｅｗｈｉｃｈｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｔｈｅｓｌｏｐｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｅｃｏ ｎｏｍｉｃｓｅｃｕｒｉｔｙ .Ｔｈｅｈｉｇｈｗａｙｓａｆｅｔｙｉｓｓｔｒｏｎｇｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅｘｃａｖａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｌｏ…     

岩体基本参数对岩质边坡变形的影响

文章利用有限差分程序FLAC,定量化讨论了边坡岩体(软岩)的变形模量、泊松比、密度、粘聚力、内摩擦角、边坡高度等参数对软岩边坡变形的影响。研究表明,边坡位移随变形模量E的增大而减小;泊松比μ的增加,则会引起x方向的位移的增加,y方向的位移减小;而岩体密度对岩石边坡位移的影响甚弱。边坡岩体的粘聚力c对边坡变形的影响程度与岩体的其他参数间存在很大关系。内摩擦角对边坡位移的影响大小,则取决于粘聚力c的取值。此外,随着边坡高度的增加边坡变形则会随之增加。其中x方向位移变化对边坡高度的变化更为敏感;同样,在边坡岩体其他参数不变的情况下,边坡倾角越大,边坡变形也越大。     

均质土坡的圆弧滑动分析

均质土坡圆弧滑动分析通常需要对圆心坐标和半径的3个参数进行搜索。通过分析圆心水平坐标即圆弧平移对失稳指数的影响,确认危险圆弧或通过坡脚,或圆心水平坐标由半径确定。利用不等式证明垂直边坡的临界滑面通过坡脚,且滑出角度大于内摩擦角。纯黏性边坡倾角大于 后圆弧滑面通过坡脚;而小于该角度圆心在坡面中垂线上,滑出角度?66.78?的圆弧在半径趋于无限时成为最危险滑面,相应的边坡临界高度为 ,保持恒定。具体计算表明,内摩擦系数为0.05,0.1和0.2时,边坡倾角小于40?,34?和22?时最危险滑面不过坡脚,但相应的失稳指数与过坡脚滑面的数值相差不到2 %;内摩擦系数大于0.3后最危险滑动圆弧都通过坡脚。就此而言,在评价均质边坡临界高度时直接对过坡脚的圆弧进行搜索即可。本文结果是基于数学分析得到的,可以作为边坡数值计算程序的参考。     

Carbonate platform flanks: slope angle and sediment fabric

More than 20 examples of fossil carbonate platform systems were compared for slope angle and sediment fabric. Plots of slope angle versus sediment fabric show that grainy, non-cohesive, mud-free sediments build steeper slopes than muddy, cohesive, sediments. Examples near the end-members of grainy and muddy carbonate platform flanks are found in the Triassic of the Dolomites in northern Italy and in the Bahamas, respectively. They document the flank geometry and the processes readjusting the slope profile once the limiting slope angle is exceeded. The grainy flank sediments in the Dolomites, modified by shearing and avalanching, produce straight slope profiles with declivities up to 35°, whereas the muddy Bahamian flank sediments, modified by large-scale creep and rotational to translational sliding and slumping, produce a concave-upwards slope profile, inclined at less than 4°. The comparison between slope angle and sediment fabric indicates that the physical behaviour of sediments in the gravity field, angle of shearing and mode of readjustment processes, is linked to the composition of the slope sediment. Among the variables such as sea-level, subsidence, climate, plate motion and oceanographic setting (windward-leeward), sediment fabric is suggested to be a major, if not the major control on slope angle and slope curvature of carbonate platform flanks. Besides the recently documented tendency of carbonate sediments to build steeper slopes than siliciclastics, this proposed relation sheds new light on the analysis and quantification of the variables influencing the geometry and depositional evolution of carbonate systems. Furthermore, it provides an opportunity to deduce sediment composition from seismic lines and predict lithology prior to drilling.     

融雪入渗条件下边坡渗流计算及稳定性分析

本文利用饱和非饱和渗流有限元方法,参考积雪厚度、温度变化与融雪入渗关系统计资料,对积雪深度、气温变化以及坡度等不同条件进行了边坡融雪入渗渗流计算及稳定性分析。本文条件下计算结果表明:同一坡度下融雪入渗系数和坡面一定范围内的含水量及压力水头随积雪深度增加而增加,积雪深度达1.0m时,融雪入渗垂直影响范围为30.0m,边坡暂态饱和水位升高13m;相同积雪深度条件下,坡度越大,融雪入渗系数越小,坡内压力水头及含水量变化越小,30°边坡融雪入渗垂直影响范围最大为30.0m;同一积雪深度和坡度下,融雪入渗系数及坡面附近压力水头均与气温变化幅度呈正相关关系。根据极限平衡计算,边坡的稳定系数随着融雪过程的持续而降低,积雪深度、边坡坡度或温度变化越大,安全系数降低幅度越大;其中,坡度因子对边坡安全系数的影响最为显著,60°边坡受融雪影响安全系数降幅达9.7%。     

楔形双滑面稳定性动态分析及其在削坡治理中的应用──以神府-东胜和准格尔煤田露天采场斜坡为例

本文提出了可以连续地计算任何坡高不同坡角的双滑面楔形四面滑体的稳定系数, 以便求得某一稳定性系数的最优化坡角。本方法经神府-东胜及准格尔煤田采场斜坡验算, 得知两煤田采场斜坡还有较大的安全储备。     

楔形双滑面稳定性动态分析及其在削坡治理中的应用──以神府-东胜和准格尔煤田露天采场斜坡为例

本文提出了可以连续地计算任何坡高不同坡角的双滑面楔形四面滑体的稳定系数，以便求得某一稳定性系数的最优化坡角。本方法经神府－东胜及准格尔煤田采场斜坡验算，得知两煤田采场斜坡还有较大的安全储备。     

边坡稳定强度折减有限元分析中的若干问题讨论

强度折减有限元法在边坡稳定性分析中得到了广泛应用,但仍存在一些问题未能很好地解决。首先探讨了不同单元类型对边坡稳定安全系数计算精度的影响,指出采用三角形二阶单元,能够较好地模拟土坡的渐近破坏过程,且相对网格大小控制在0.1～0.15之间时能获得较精确的解;其次讨论了边坡失稳的4个判据问题,指出在合理网格大小区间内,有限元强度折减至土坡破坏时,先后出现塑性区贯通、等效塑性应变带贯通、位移陡增与数值计算不收敛等4种表征,以此分别作为边坡失稳判据,所得到的安全系数具有较好的一致性;最后讨论了边坡破坏时滑动面深浅、滑出点位置与坡体材料的黏聚力、内摩擦角及坡角间的关系,指出黏聚力越大、内摩擦角越小或坡度越小,滑动面越深,且滑出点越远离坡脚。     

临界滑动场技术在排土场边坡设计中的应用

边坡临界滑动场技术是近年发展起来的一种边坡稳定性分析方法。它能准确快速确定多层介质、多台阶边坡任意形状的临界滑动面,全面评价边坡整体和局部稳定性。文章首先应用临界滑动场技术对原设计15坡角时的龙桥排土场边坡进行临界滑动面搜寻,确定边坡整体安全系数为1.42,证明原设计的15坡角取值过于保守。然后再应用临界滑动场技术的扩展方法进行反向分析,在给定安全系数为1.30的条件下,求得最佳设计坡角为17。研究成果为将来矿山的排土工作提供指导,具有一定的工程实用性。     

层状岩质边坡破坏模式及稳定性的数值分析

运用FLAC3D模拟层状岩质边坡的破坏模式,并采用强度折减法分析结构面倾角与稳定性之间的关系。结果表明:①水平层状边坡坡顶变形破坏早于坡面和坡脚,形成拉破坏区。当结构面倾角较小时,顺倾向层状边坡主要发生滑移破坏;当结构面倾角较大时,发生弯折-溃曲破坏。直立层状边坡主要发生弯曲-板间拉裂-塌落破坏。逆倾向层状边坡的破坏形式为对于小倾角为滑移破坏,对于陡倾角为倾倒破坏。②对于顺倾向边坡,整体安全系数随结构面倾角先减小后增大,呈现两头高、中间低的形态,在倾角为30°时安全系数最小;对于逆倾向边坡,曲线呈现增大-减小-增大的态势,并且大部分高于顺倾向边坡曲线,符合实际情况。③所采用的低强度弹塑性单元能够比较真实地模拟软弱结构面的变形。     

基于有限元强度折减法的单双面边坡稳定性分析

利用强度折减法和有限元分析软件ABAQUS，研究了单面和双面土体边坡的稳定性。首先，利用典型算例验证了所采用方法的可行性，然后通过模型数值模拟，分析了不同的坡体参数，如坡角、坡高、黏聚力和内摩擦角等情况下单面和双面边坡的稳定性。探讨了各参数对单面和双面边坡稳定安全系数的影响特征和规律，同时也展现了土体塑性应变区发生和扩展过程。结果表明:(1)坡角、坡高、黏聚力和内摩擦角等参数的单独变化对边坡安全性系数的影响规律基本一致、近似线性变化，对单面和双面边坡稳定性的影响规律相同；(2)双面边坡稳定性比单面边坡的有所降低，但边坡几何和物理参数取一定范围内的值时，两种趋于一致；(3)坡面顶部的位移拐点和坡体塑性应变区贯通之间并不是同时出现，土体边坡稳定性评价的不同判别准则之间存在差异。建议实际工程中边坡稳定性评价考虑采用双面边坡甚至更复杂边坡分析模型，同时需综合利用边坡稳定临界状态的不同判别准则。     

一个极限稳定坡角与坡高的经验关系式——以云南省为例

由于岩土边坡系统的复杂性,边坡工程的设计和决策在工程实践中仍很难依赖于理论分析和数值计算,而主要依赖于专家的经验。因此,将已有成功经验知识运用在边坡稳定性分析中具有重要的实际意义。论文从岩土边坡极限平衡条件出发,理论导出极限稳定坡角与坡高的关系式。通过对云南元-磨公路大量的泥岩、粉砂岩边坡典型病害的实例进行计算和研究,发现该类岩土边坡的极限破坏(稳定)角并非一个定值,而明显与其内摩擦角呈显著线性相关。从而可以建立相应的岩土边坡稳定性分析的数学类比判别方程。     

某水电站低高程岸坡卸荷带量化研究

由于坝区低高程岸坡特殊的地貌和应力环境,其卸荷裂隙的形成机理和地质表现也与高高程岸坡有所不同。采用缓倾角卸荷裂隙的平均倾角、开度和、裂隙密度、平均迹长作为低高程岸坡卸荷带划分的量化指标,结合西南某大型水电工程实际,在现场大量裂隙精细调查的基础上,分析表明4个指标与卸荷强度有较好的响应,继而给出了坝区低高程岸坡卸荷带划分的建议值。     

坡积松散体稳定性模型试验研究

云南西北部三江源高海拔、高深切地区,坡积松散体稳定性是公路边坡面临的主要问题之一,模型试验是研究松散体稳定性各影响因素最有效的手段。根据相似原理,设计模型试验的主要几何相似常数,采用一系列手段改造模型试验材料,使其达到材料强度、重度相似。一系列模型破坏条件真实再现现场坡积松散体的滑坡条件,试验结果分析对相关设计、施工和科研人员有较好的借鉴作用。模型试验材料从松散状态到较密实状态,开始破坏的自然坡角提高42%～100%,c值提高约50%～120%, 值提高约6%～8%,密实状态提高,坡体的强度提高,相应坡体的稳定性提高,起始破坏的自然坡角也显著提高;降雨使坡体含水率提高近饱和时,充分软化的c值下降约70%, 值下降约7%,表明雨水下渗软化是导致坡积松散体产生滑动的最根本、最直接的因素。模拟降雨的土体强度变化过程对松散体边坡稳定性研究有较好的参考价值。