基于交叉小波与小波相干的黄土高填方体浅表层水分相关关系研究

探究黄土高填方边坡浅表层水分间的复杂关系是防治坡体浅层水土灾害的基础,本文以延安安塞某黄土高填方体为对象,开展了现场原位长时序监测,并通过交叉小波与小波相干分析方法,研究了坡面效应影响下黄土高填方边坡浅表层水分间的相关关系。结果表明:小波分析方法可用于半定量化研究黄土高填方边坡内外部水分间的相关关系,其优势是可在时域和频域上清晰表现两个时间序列的相关性与变化细节;降雨和边坡浅层土壤水之间存在两个主要的共振时间尺度0.06~1.78d和3.56~28.47d,在两时间尺度段内降雨与浅层土壤水的相关性呈增强趋势,即两者的相关性强弱存在明显时间尺度依赖;土壤水间的相关性强弱和交换转化剧烈程度可用显著相干面积百分比(PASC)表示,边坡不同位置PASC的平均值大小为坡顶(36.39%)<上坡段(37.6%)<中坡段(39.17%),坡面提高了垂向土壤水间的交换转化程度;边坡坡面效应的存在不利于降雨向土壤水的转化,但增强了浅表层垂向土壤水间的交换转化。

黄土边坡典型护坡植被的根系加固力学效应演化分析

植被防护是增强边坡浅层力学稳定性,恢复路域生态环境的重要手段。为了研究草本植物对黄土边坡的加固效应,以典型护坡植被高羊茅为例,获取其各发育阶段根系的形态参数指标,并进行拉伸试验,得到根系力学特性演化规律。此外,通过直剪试验获得了原状根土复合体的抗剪强度参数,采用响应面法分析了各因素对根系加固力学效应的影响程度,并将植物生长状况的跟踪应用于土体强度的演化解释,进而分析根系发育周期内边坡浅层力学稳定性的变化。研究结果表明:根系的形态参数指标均随发育时间而显著增大,根土间的相互作用得到提升,根系对土壤的加固效应逐渐增强,沿土层深度方向呈现出依次减弱的空间差异性;根系的抗拉力、极限延伸率、抗拉强度以及弹性模量均随发育时间呈现正相关关系,且上层根系所能提供的抗拉力最大,对复合体的力学加固效应也最强;根系可以改变土体剪切力学行为特征,增大剪切峰值强度,延长剪切峰值位移,在边坡受到剪切破坏时,能够抵抗更大的极限剪应力,并延长破坏时间,且加固效果随着坡度的提升而显著增大,法向应力、含水率、根面积比对土体的力学效应逐次增强;基于高羊茅根系,优化了Wu-Waldron-Model根土复合体模型中的固土修正因子k,建立了更加精确量化根系固土效应的计算方法。