甘肃省小陇山林区降雨型浅层滑坡汇水面积-坡度关系及其影响因素

沟头发生侵蚀的地形临界模型可有效预测侵蚀沟的形成条件,浅层滑坡失稳形成的洼地也是沟头形成的方式之一。为探究浅层滑坡临界起动模型的特点,以甘肃省天水市小陇山林区的降雨型浅层滑坡为研究对象,运用汇水面积-坡度关系,构建临界起动模型,与黄土高原典型侵蚀沟(浅沟、切沟)的临界起动模型进行对比分析,并探讨土地利用类型、植被类型和土壤质地对该模型的影响。结果表明:(1)浅层滑坡临界起动模型为S=3.50 A s-0.34,其侵蚀阈值为3.50,大于黄土高原典型浅沟(0.96)和切沟(1.54)的侵蚀阈值。研究区浅层滑坡一般发生于土层较薄的陡坡地带,其平均坡度(S=1.26)大于浅沟(S=0.35)与切沟(S=0.46),单位汇水面积(A=89.08 m^(2)/m)小于浅沟(A=920.93 m^(2)/m)和切沟(A=1129.82 m^(2)/m)。(2)汇水面积与坡度平方的乘积(AS 2)代表了沟头产生侵蚀的能量指标值。研究区浅层滑坡AS 2值在269.1~5703.2 m^(2),平均值为1772.97 m^(2),黄土高原浅沟AS 2值在4.74~892.66 m^(2),切沟在41~814 m^(2),启动能量值方面,浅沟<切沟<浅层滑坡。(3)土地利用类型、植被类型和土壤质地通过影响土壤的抗冲力、渗透性和黏粒含量,从而对浅层滑坡的起动难易程度产生影响。在不同的土地利用方式中,农地最易发生侵蚀,其次是林地。油松林附近浅层滑坡的抗侵蚀能力高于日本落叶松林。研究结果为探究浅层滑坡的起动条件提供理论依据。

黄土丘陵沟壑区刺槐动态固坡效应

植被能够有效提升浅层坡体的稳定性和抗蚀性。为了初步定量评估浅层滑坡易发的黄土丘陵沟壑区植被固坡作用在自然条件下的动态变化结果,以黄土丘陵沟壑区主要造林树种刺槐为例,考虑植被固坡的根系机械作用和水文作用在2017年全年自然条件下的动态变化。通过挖掘根系剖面对根系截面积分布进行调查,单根抗拉试验测试根系抗拉强度,以利用Wu模型对刺槐根系的附加黏聚力进行计算;通过现场调查确定研究样地与植被水文作用相关的参数,室内入渗试验和土壤离心试验获取土壤的水力学参数,利用生态水文领域水分运移软件Hydrus-1D对刺槐植被坡体水分的运移进行瞬态分析;最终基于变饱和条件下的无限斜坡模型对坡体的稳定性进行分析,并分别计算刺槐根系机械作用和水文作用对坡体稳定性的动态贡献率。结果表明:(1)刺槐根系机械作用对20,40,60 cm深度处浅层坡体的稳定性提升196.56%±28.08%,106.74%±13.19%,20.61%±2.43%,同时机械作用的贡献率还具有一定波动性;(2)刺槐在生长期内,通过林冠截留拦截70.2 mm的降雨量,蒸腾耗水作用改变坡体土壤含水量和吸应力,有效地提升坡体稳定性;(3)根系机械作用的贡献全年均存在,且波动性较水文作用贡献率的波动性小,但水文作用的贡献主要发生在刺槐的生长期,且水文贡献率的部分峰值较机械作用的贡献率大。研究结果进一步揭示了黄土高原丘陵沟壑区刺槐植被坡体在自然条件下的动态变化过程。

甘肃天水浅表层滑坡易发区滑坡分布与植被根系特征

为探究甘肃天水浅表层滑坡易发区滑坡分布特征与植被的关系,选取典型滑坡区域和典型植被类型进行研究。油松、华山松、日本落叶松和锐齿槲栎为研究区内典型乔木类型,针对种间根系分布特征和力学特性展开研究。首先,通过无人机获取区域不同植被类型分布,统计得到不同林分类型下的滑坡密度;其次,通过剖面法调查0-100 cm土层深度内的根系数量与直径分布,进行了单根抗拉试验测得抗拉强度,并分层量化为根系附加黏聚力;最后,结合林分调查结果和岩土体力学性质,计算不同植被类型边坡在不同水分条件下和坡度下的安全系数。结果表明:(1)在滑坡高密度区和滑坡低密度区,油松×华山松林地的滑坡密度均高于日本落叶松×锐齿槲栎林地;(2)锐齿槲栎根系数量、分布深度和单根抗拉强度显著高于油松、华山松和日本落叶松,其根系垂直分布深度超过100 cm,抗拉强度最大可达(32.551±7.551)MPa,0-100 cm土层深度内提供的平均附加黏聚力达9.364 kPa;(3)当岩土体处于饱和的极端降水条件时,油松、华山松、日本落叶松对坡体稳定的作用效果为负,而锐齿槲栎能有效加固边坡,在当地具有防治浅表层滑坡的良好功能。