降雨冲刷对黄土公路边坡植物防护影响的试验研究

通过对裸露黄土公路边坡、厚层基材植草公路边坡、三维网植草公路边坡以及平台植树公路边坡的现场降雨冲刷试验,阐述了不同防护型式的公路黄土边坡在降雨条件下的坡面径流、含泥量以及坡面冲刷情况,得出了降雨对边坡坡面的侵蚀过程,首先是从雨滴直接打击土体开始,进而引起溅蚀,分散土粒,紧接着发生超渗径流造成坡面冲刷。以及对坡面破坏最大的是坡顶上方来水等重要结论。验证了坡面植物防护以及平台植树等防护方法可以有效降低降雨冲刷对坡面的侵蚀破坏,为黄土地区公路边坡植物防护的设计施工以提供了可靠的依据。     

黄土边坡降雨侵蚀特征的物理模拟试验研究

黄土边坡的侵蚀破坏是引起黄土地区公路边坡自然灾害的主要诱因。通过建立室内边坡降雨冲刷物理模型, 进行黄土边坡侵蚀破坏的模拟试验, 再现边坡溅蚀、片蚀、沟蚀、坍塌的基本破坏过程, 并对坡面降雨冲刷的演变过程和侵蚀机理进行了细致的描述和分析。试验表明:在一定的降雨雨强下, 径流TSS(携砂能力)和单位面积侵蚀泥沙量随着试验坡度的增加逐渐增加, 而径流总量、侵蚀干泥沙量随着坡度的增加而相应变小。同时, 黄土边坡侵蚀冲刷过程中的主要侵蚀能力参数如坡面径流总量、汇流干泥沙量、侵蚀干泥沙量等与降雨雨强之间存在相应的关系。     

微生物诱导矿化加固粉土坡面的径流与侵蚀特性

微生物诱导碳酸盐沉淀（MICP）是一种微生物矿化过程,能够胶结松散土体。将其应用于加固土体坡面提高抗降雨侵蚀能力具有潜在的发展前景。通过模拟降雨冲刷试验,对微生物诱导矿化加固前后粉土坡面的径流水动力与侵蚀特性开展研究,分析和讨论了水动力参数之间的相关性以及对土壤剥蚀率的影响规律。结果显示,加固后与加固前相比,粉土坡面径流的弗劳德数平均下降50%;在降雨前期的阻力系数平均下降66%,径流稳定后二者阻力系数接近;径流剪切力平均提高52%。径流系数与坡面入渗速率呈线性负相关（R²=0.857）,与加固层的贯入强度呈指数负相关（R²=0.824）;入渗速率与加固层的贯入强度呈二次负相关R²=0.930）;径流剪切力与坡度呈指数正相关（R²=0.964）。加固粉土坡面的剥蚀率与加固层的贯入强度呈指数负相关（R²=0.822）,与径流剪切力线性正相关（R2=0.912）,临界径流剪切力为0.5 Pa。对于坡度10~25°的粉土坡面,微生物加固能将其剥蚀率从58.2~118.4 g/m2s降至2.4~21.2 g/m2s,剥蚀率最大降幅可达95.0%。粉土坡面经微生物诱导矿化加固后,水动力参数值发生显著变化,径流特性与水动力参数、加固层特性及坡度相关,坡面的抗冲刷侵蚀性能得到有效提升。     

不同植被类型生态工程治理崩岗灾害效果对比

生态工程是治理福建省崩岗灾害的关键技术。在总结福建省崩岗生态工程治理模式、关键技术、恢复过程和机理等基础上,以安溪县官桥镇典型崩岗群为研究区,进行了植物为主、工程为辅的生态工程治理措施试验,选取耐瘠耐旱植物及经济植物,设计不同组合模式被覆于实验场地。在此之前,为保证边坡的自然稳定及利于人工作业,对崩岗坡面进行工程改造,使其坡度小于25°。原位测定试验场每日降雨量及各样方每次降雨产沙、产流量。初步监测结果分析表明,花岗岩风化丘陵区崩岗坡面采用马尾松与芒萁联合覆盖模式对于固土和径流拦截具有更显著的效果,该试验结果将为采用不同植被被覆治理崩岗灾害提供科学依据。     

考虑降雨渗流影响的露天煤矿黄土开挖边坡分析

黄土开挖边坡在降雨作用下坡面破坏可分为片蚀破坏、沟状侵蚀、坍塌破坏3个阶段。通过野外现场地质调查,建立调查区域露天煤矿某段运煤大道处黄土开挖边坡三维数值分析模型,采用V-G模型设定渗流边界函数,并以此根据室内外实验设定初始负孔隙水压力;在有限差分软件中运用fish语言将野外现场测得的稳定渗透系数与边坡开挖高度关系编入渗流计算命令流中,模拟了不同降雨强度下孔隙水压力、开挖边坡位移、坡面冲刷程度、最大主应力变化情况,提出黄土区开挖边坡在降雨作用下沟状侵蚀在第三级台阶(坡高60m)左右破坏严重,坡高高于此高度应注意沟状侵蚀的剧烈扩展并加以防治;应在开挖边坡顶部以及台阶坡顶、坡肩处加强监测与防护治理工作。     

黄土边坡降雨冲刷模型试验研究

针对边坡表层受降雨冲刷易引发水土流失并导致滑坡灾害的难题, 以黄土边坡为例, 提出了一种基于减排水理念的生态固坡综合防护方法。采用自主研制的边坡降雨模拟实验装置, 考虑不同改良剂掺量、格构防护形式、雨强、历时、坡比等因素对防护效果的影响, 研究不同因素组合影响下的边坡土体侵蚀规律与演化机理。试验结果表明, 黄土边坡坡面侵蚀可归纳为溅蚀、片蚀、沟蚀、坍塌、滑坡的过程; 随改良剂掺量增加, 改良边坡抗侵蚀能力增强, 综合考虑提出改良剂的最优掺量为3‰; 与素土边坡相比, 3‰改良剂改良边坡受雨强的影响较小; 随降雨历时增加, 改良剂改良效果越明显; 改良剂、框格梁以及两者的综合利用, 均能有效提高边坡抗雨水冲刷与侵蚀能力; 边坡坡度增大至一定程度, 坡体受降雨侵蚀易突然发生整体滑塌, 需进行重点关注; 改良剂主要通过絮凝作用使土颗粒之间镶嵌黏结更紧密, 从而提高黄土的持水性和抗蚀性。     

吴起县薛岔水源地供水水厂周边高边坡治理工程设计

在高边坡治理设计中,如何进行治理以达到边坡稳定,确保人民生命财产安全,通过调查分析和长期的实践总结,认为从削坡卸载、坡面排水、防护加固及景观绿化工程等方面对边坡进行了综合性治理。利用坡率法对黄土地区高边坡进行削坡卸载以确保边坡稳定,坡面排水可防止地表径流对坡面及坡脚产生冲刷危害,边坡防护加固及景观绿化工程可起到稳定边坡、防止滑坡、减少水土流失、丰富景观及美化环境的目的。     

辽西黄土陡坡的冲刷破坏机制

以70°辽西黄土陡坡为例,在降雨强度为2.7 mm/min条件下对边坡坡面冲刷破坏特征进行了室内物理试验模拟。试验发现：随着降雨的持续坡面水流能量不断增加,致使侵蚀强度增强;边坡的侵蚀方式从试验初期的片蚀,到中期的细沟侵蚀,最后演化为坡顶部的切沟侵蚀和坍塌。基于试验成果,采用SEEP/W程序对降雨条件下边坡降雨入渗规律进行数值模拟,发现在降雨过程中坡顶部所产生的水头压力最大,随高度降低呈减小趋势;运用PFC2D颗粒流软件从微观角度对坡体土颗粒运动情况进行模拟,结果发现位于坡顶的颗粒最先被径流冲刷带走,且下落速度很快。经对比表明：数值模拟结果和物理模拟试验现象基本一致,可为进一步研究黄土边坡冲刷破坏规律提供参考。     

不同加固技术在散粒体斜坡表层的应用对比研究

散粒体斜坡多发育于我国西部山区,由块度不一、黏粒含量较少的碎砾石土组成,由于胶结性差,遇雨水冲刷、风吹或人畜踩踏易失稳。传统坡面防护技术包括拦挡锚固和土工材料与植被构筑,新型护坡技术是结合了岩土材料加固和生态环境两方面所提出的新方法。本文中该新技术是指将浓度1.3%的改性钠羧甲基纤维素与边坡表层土拌合,后掺入植物纤维,喷洒到坡表形成加固层;加固层表面喷洒草籽,以达到边坡防护的目的。文章选择传统的护坡方法（格构和三维网）和新型土壤改良方法结合植草绿化技术对室外某散粒体斜坡进行加固处理,以天然斜坡为参照,统计降雨冲刷和径流冲刷后边坡表面侵蚀破坏、入渗和植被破坏特征,对比不同护坡方式的应用效果。试验结果表明:每个斜坡辅之相同的植草条件下,对比降雨和放水冲刷试验后各边坡的侵蚀破坏特征可以发现,材料改良植草边坡侵蚀弱,产沙量小,作用层能减缓雨水下渗,提高植被存活率和降低植被倒伏率,其效果优于三维网植草护坡和格构植草护坡。     

降雨对黄土路基边坡的冲刷规律

针对干旱半干旱地区分布的黄土,利用室内路基模型通过冲刷试验,研究路基降雨冲刷破坏的过程,并利用PFC进行流-固耦合模拟,旨在研究黄土路基遭受水流侵蚀的坡面冲刷规律,找出适用路基抗雨水冲刷稳定性的边坡坡率。路基模型的边坡坡率为1∶0.50、1∶0.70、1∶1.00、1∶1.50、1∶1.75五个等级,模拟的降雨强度按4.0 mm/min、5.0 mm/min、7.0 mm/min、8.5 mm/min、10.0 mm/min五个等级,降雨历时30 min,进行室内降雨冲刷试验和PFC颗粒流模拟试验。获得不同降雨强度和边坡坡率条件下,降雨0 min、1 min、10 min、20 min、30 min的室内降雨冲刷坡面性状图片和PFC软件模拟的颗粒位移量,降雨30 min后坡面冲蚀的泥沙量。结果表明,不同的边坡坡率、降雨强度、降雨历时影响路基边坡坡面的冲刷量,适宜干旱半干旱地区黄土路基边坡坡率为1∶1.50~1∶1.75。     

崩岗地貌发育的土体物理性质及其土壤侵蚀意义——以广东五华县莲塘岗崩岗为例

崩岗集中发育在我国广东、福建等东南7省(自治区),面积约5万km2,是华南地区土壤侵蚀最严重的区域.崩岗是水力—重力复合侵蚀交替作用的产物,也是沟谷侵蚀发展的结果.崩岗主要发育在花岗岩厚层风化壳上,崩岗土体以高黏粒、低砾石含量的粗砂土为基本特征.崩岗崩积锥土体粒径自坡顶至坡脚由粗变细,反映出坡面流水的侵蚀和搬运过程.崩岗土体可蚀性强,可蚀性因子K值平均为0.26,比花岗岩红壤地区的平均K值高0.03 ～ 0.05.崩积锥坡脚K值大于坡顶,即坡脚可蚀性大于坡顶.崩岗崩壁和崩积锥土体的平均黏粒含量为10.13％,大于5％这一泥石流形成的必要条件.崩岗流域地形陡峻,一旦遭遇强降雨,有条件转化成“泥石流”.崩岗形成的“泥石流”平均中值粒径仅为常规泥石流的1/12,砾石含量仅为1/4.因此,崩岗型泥石流(即由崩岗转化成的“泥石流”)并不是通常意义上的泥石流,是广义泥石流大类中的一个新种——泥砂流.     

黄土陡坡降雨冲刷试验及其三维颗粒流流-固耦合模拟

针对坡角为70°的黄土边坡,进行2.7 mm/min降雨强度下的室内坡面冲刷试验。根据边坡冲刷破坏的过程特征,将边坡侵蚀方式演变过程归纳为试验初期的片蚀、中期的细沟侵蚀、到后期的切沟侵蚀和坍塌。试验中坡顶处侵蚀强度大于其他部位,当坡面形成上下贯通的切沟之后,水流开始掏蚀沟槽底部土体,随着冲刷的持续,切沟两侧土体强度降低,坡顶土体发生坍塌。以此为基础利用三维颗粒流软件PFC3D对边坡降雨冲刷过程进行流-固耦合模拟,在模拟颗粒大变形的同时得到颗粒运动轨迹、孔隙率、流体单元内流速等重要参数,这些参数的定量变化过程反映了降雨过程中边坡遭受侵蚀程度及水流侵蚀能力的分布规律:坡顶处侵蚀最为强烈、水流侵蚀能力最强,且两者随高度降低呈减小趋势,与室内试验结果一致。     

Effects of gully erosion and gully filling on soil depth and crop production in the black soil region, northeast China

Gully erosion is a very serious problem in the black soil region of northeast China. Gully filling is often adopted for controlling gully erosion by local farmers and thus causes more serious soil erosion. In this study an ephemeral gully (EG, 74 m) and a classical gully (CG, 52 m) connected at the gully’s headcut were selected as the study site. Two comparisons were made to explore the effects of gully erosion and the subsequent gully filling on soil depth and soybean yield: (1) soil depth between 81 sample points in the study site and 11 reference points along the same slope with the gully; (2) soybean yield between 81 sample points in the study site and 30 baseline locations near the study site. The results indicated that gully erosion caused the reduction of soil depth and soybean yield. Although filling gullies with soil from adjacent areas seemed to be an expedient way to remediate the gullies, it resulted in substantial soybean yield reduction. Gully erosion reduced the soil depth and soybean yield in 74.4 and 83.9 % of the study site, respectively. The soybean yield reduction ratio was 34.5 % for the whole study site and 2.6 % for the black soil region. Soil depth was the most important soil property indicator to reduce yield. Every 1 cm decrease in soil depth in the areas adjacent to gullies due to infilling activities resulted in a 2 % decrease in yield. More significant was the deposition of sediment from gully erosion, which completely eliminated soybean yield. Currently, effective soil and water conservation measures are not known and adopted by local farmers extensively. In the future, once some measures for preventing soil erosion, in particular gully erosion, were proved effective, these technologies should be disseminated among local farmers.     

黄土坡面侵蚀产沙时空演变的REE示踪技术研究

室内交叉布设不同的稀土氧化物,通过人工模拟次降雨,在同一试验条件下,对坡面侵蚀沿顺坡方向和深度方向的演变过程同时展开研究。结果表明:REE示踪技术对定量研究土壤侵蚀具有较高的精度;降雨前期,片蚀与细沟侵蚀发育程度基本相当;后期细沟侵蚀占据坡面侵蚀的主导地位,其侵蚀平均加速度和平均侵蚀率分别是片蚀的15倍、9倍;试验结束,细沟侵蚀占据坡面总侵蚀的90%;本试验条件下,坡面下1/3区域为侵蚀活跃带。     

切沟中土壤水分的空间变化特征

切沟侵蚀不仅破坏土地资源，而且影响下游地区环境。目前的土壤侵蚀预报模型没有包括切沟侵蚀，因此研究切沟中土壤水分空间变化是建立切沟侵蚀模型的基础，也是恢复植被的基础。在陕西省安塞大南沟流域选择一个切沟，从1998-2000年连续 3年在 4～10月间对切沟不同部位土壤水分状况进行了观测。分析结果表明，切沟中浅层土壤水分空间分异规律明显，沟顶土壤水分状况较好，土壤容积湿度达到10．3％。沟坡则较差，但沿沟坡向下到沟底，土壤水分不断增加，分别为 6．3％、6．4％和10．4％。沟坡陡崖的土壤水分条件最差，接近凋萎湿度，容积含水量仅为4.6％～5.9％。沟底土壤湿度有所好转，为 7．7％。从雨季开始到结束，整体上土壤水分呈下降趋势，但随降雨事件发生波动。季节变化比较明显的是土壤水分条件好的部位，如沟顶、沟坡底部和沟底。尤以沟底变化最大。沟坡陡崖土壤湿度随季节没有任何变化。从1998-2000年，随降水量减少，切沟所有部位土壤湿度持续下降，即使在水分条件较好的沟顶和沟坡下部，土壤湿度也仅为 8．1％～8．8％，其它部位则都接近于凋萎湿度。土壤水分亏缺相当严重。切沟不同部位土壤水分的季节和年际变化主要受降雨入渗补给影响，而沟底则与径流的产生有关。因此应进一步研究不同降雨类型与径流产生、以及土壤湿度变化的关系。     

青海省格拉沟形成演化机制及其主要工程地质问题

格拉沟位于青海省内陆滩地，其形成演化反映了西北地区典型的水土流失过程。文章在收集大量野外资料的基础上，研究了格拉沟的形成演化机制，并对该沟道主要工程地质问题进行了探讨。分析认为，格拉沟形成演化是该地区特殊的内因外因共同作用的结果，基于此对其发育演化阶段进行了划分与预测。该沟主要工程地质问题为边坡稳定性、渗透稳定性、河流侵蚀等。其中边坡稳定性主要包括天然岸坡整体稳定性及崩塌、坠溜、滑塌等；渗透稳定性主要包括潜蚀与管涌；河流下切与溯源侵蚀则成为岸坡失稳破坏的重要诱发因素。探讨格拉沟形成演化机制及其主要工程地质问题，对于研究西北地区水土流失机理及其产生的环境问题具有一定的借鉴作用。     

Influences of revegetation mode on soil water dynamic in gully slope of the Chinese Loess hilly–gully region

Gully slope is one of the most active areas of soil erosion in small watershed of the Chinese Loess hilly–gully region. Although its soil erosion has been effectively controlled with the implementation of the “Grain-for-Green Program” in this region, the soil water storage and distribution have been also impacted. In particular, unreasonable revegetation model has aggravated the water shortage, which may in turn threaten the health of ecosystems. However, yet little is known about the effect mechanism of vegetation on soil water in the gully slope. In this study, we examined the relationship between two revegetation modes, including afforestation (i.e. black locust forest) and natural revegetation (i.e. the grassland), and soil water in a depth of 0–120 cm of the gully slope, during the rainy season. The results showed that the effect of the vegetation to the soil water was smaller than that of the precipitation. Furthermore, the response of soil water to the environmental factors was higher in afforestation vegetation due to its lower soil water content, resulting in higher space dependence for soil water, compared to the natural revegetation. The lower soil water content of the black locust forest was mainly caused by its higher recession rate, not its supply. The soil water was deficient for a long time, caused by afforestation, with a shallower formation depth of the dried soil layer and stronger desiccation degree. However, this deficient could not be effectively relieved until in wet year. In comparison with the ridge slope, the effect of vegetation to soil water in gully slope was stronger, with greater water consumption in afforestation vegetation and the higher water storage in natural revegetation. From the aspect of water resources conservation on the water scale, the natural revegetation was the optimal revegetation mode in the gully slope of the loess hilly region.

     

土壤侵蚀链内细沟浅沟切沟流动力机制研究

通过模拟降雨试验的方法,系统研究了细沟流流速与流量、水深与流量、流速与水深及阻力系数与雷诺数之间的关系,雨强与坡度对细沟流水力特性的影响,不同细沟流流型、流态及水动力要素作用下的侵蚀特点,并对浅沟与切沟流的水动力特性及侵蚀规律进行了初步探讨.研究结果对于揭示土壤侵蚀链内不同侵蚀方式下的水沙流动力学机制,以及土壤侵蚀演化规律具有重要意义.     

黏性泥石流沟床冲刷深度研究

沟床冲刷深度是泥石流灾害防治工程设计最重要的参数之一,但到目前为止,关于黏性泥石流沟床冲刷的研究较少,沟床冲刷深度还没有权威可信的计算方法,是泥石流防治工程设计急需解决的技术问题。详细分析了黏性泥石流及可能冲刷沟床运动过程中受力情况,推导出黏性泥石流沟床最大冲刷深度计算公式。公式表明黏性泥石流沟床冲刷深度随泥石流泥深、泥石流重度和沟床纵比降及沟床堆积土体黏性的增大而增大,随沟床堆积土体内摩擦角的增大而减小。与现有计算方法相比,公式基于严格理论推导,计算结果更为精确,可用于计算已发生泥石流地区的不同频率的泥石流的冲刷深度,并举例说明了计算公式的实用价值,其结果为泥石流防治工程设计提供技术支撑。