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。

2种雨型的黄土坡面侵蚀室内试验

为研究黄土边坡在连续与间断2种雨型下坡面侵蚀动态变化过程,进行室内人工降雨试验。采用三维激光扫描获取坡面点云并生成DEM,分析坡面侵蚀特征。结果表明:三维激光扫描生成的DEM可直观重现坡面侵蚀的动态过程,采用自然邻点插值法生成的DEM误差最小;间断降雨模式下距坡面5 cm处体积含水率出现与降雨周期一致的波动;2种降雨模式下土壤流失总量在土壤饱和后呈线性增加,间断降雨产生的土壤流失总量(0.035 6 m^3)大于连续降雨产生的土壤流失总量(0.024 9 m^3);间断降雨土壤流失过程可看作多个连续降雨土壤流失过程的组合;2种雨型下,土壤流失速率在空间上分布不均,由前缘至后缘逐渐降低;间断降雨坡面变化区域为中部至前缘区域,其过程为前缘下切→中前缘下切→前缘及中部下切;连续降雨坡面变化区域集中于前缘,表现为前缘逐渐后退。

暴雨气候下砂土边坡植被护坡模型试验研究

为探究植被护坡固土机理,首先进行“裸露边坡”和“植被边坡”的室内模型暴雨对比试验,进一步对3种速生草本植物的护坡稳定性进行对比分析,结果表明:在植物生长过程中,生长曲线基本呈“S”型,根系深度约为植被地面高度的1.7~2.1倍;在相同降雨条件下植被护坡的持续稳定状态时间是裸露边坡的2倍多,并且裸露砂土边坡发生整体破坏时具有突发性、直线型的特点;在3种植物护坡试验中,根系的几何形态较为重要.其中,狗牙根(倒三角型根系)边坡的整体稳定性效果最好,其次是四季青(均匀型根系)边坡,高羊茅(锥形根系)边坡的稳定性效果最弱.植物的根系,在生长中可以分泌大量黏胶物质将周围细小的砂土颗粒黏接起来,众多根系相互缠绕形成根网,并在边坡表面可形成近22 cm厚的根-土复合体保护层结构,起到了明显的浅层固土加筋作用.此外,当降雨导致坑内积水时,四季青边坡的均匀型根系可以有效防止砂土边坡发生流塑性破坏,对于探索新型仿生支护工艺具有一定的启发性.

降雨作用下滑坡转化泥石流分析研究

对降雨入渗条件下诱发北川县魏家沟泥石流起动的影响因素进行研究。在室内人工降雨试验模拟泥石流起动的基础上,得到魏家沟泥石流起动的临界雨强,并利用FLAC软件建立降雨在坡体中入渗分析的数值模拟模型,分析坡度、雨强、土性参数以及土体饱和度对坡体失稳的影响,坡体在降雨情况下塑性区的出现与延展及坡面拉应力区的发展情况。研究结果表明:降雨入渗后孔隙水压力的升高主要在坡脚附近,即距坡脚1/5的坡高范围内。坡脚处孔隙水压力最大,沿着坡面往上逐渐减小,且坡面较大水平位移也主要集中在1/5坡高范围内。因此,降雨入渗诱发泥石流的起动最先可能出现在坡脚附近,并随着坡度增加、雨强增大、土体饱和度增大,坡体稳定性降低至失稳,促进泥石流的起动。