苔藓植物护坡及固土作用试验研究

以兰州市榆中县夏官营古城的苔藓坡面为研究对象,通过野外调查,研究苔藓的生长环境特征.选择有代表性的自然坡面进行风蚀、雨蚀实验,研究苔藓坡面的抗风蚀、雨蚀能力.取当地的原状土样进行室内土工实验研究其强度特征.结果表明:苔藓能显著提高黄土坡面的抗风蚀、雨蚀能力和抗剪强度.苔藓覆盖度越大,抗风蚀、雨蚀能力越强.相比较无苔藓的坡面,苔藓覆盖度达到40%时,抗风蚀能力可提高2～3倍,抗雨蚀能力可提高3～4倍,苔藓覆盖度超过40%后,抗风蚀、雨蚀能力提高幅度会下降.随着苔藓覆盖度增大,原状土样的内聚力显著增大,抗剪强度整体增大.     

雨滴溅蚀模型研究

利用实验数据对影响雨滴溅蚀的5个主要因子,即降雨、土壤特性、坡度、坡面流水深和植被覆被,进行了单因子分析.结果表明,坡度对雨滴溅蚀的影响先随坡降的增加而递增,当坡度超过约26°的临界值后开始减小;雨滴溅蚀随水深与雨滴直径比值h/d的增加先增大,当h/d=1时达到最大值,之后开始减小;植被覆被屏蔽系数公式中的经验参数c值可以取为0.01.通过数据分析,提出了新的坡度因子、坡面流水深屏蔽系数计算公式,从而建立了一个新的雨滴溅蚀模型.与现有模型相比,新模型全面考虑了5个主要因子的影响,经过与实验数据的对比,模拟效果良好.     

黄土塬坡降雨击溅产沙过程的数学模拟

根据在黄土塬坡上进行的野外大型人工降雨径流产沙试验的观测资料,分析并建立了坡面上雨滴击溅产沙模型。给出了实际降雨过程的雨滴动能计算的理论公式。给出了考虑击溅产沙能力受坡面漫流或其它覆盖物影响下的击溅产沙过程的模拟结果。通过对试验现象和结果的结合,描述了雨滴动能对坡面水流及坡面土壤的作用。     

雨强和坡度对嵌套砾石工程边坡侵蚀特征的影响

为探究不同雨强和坡度对西南高山-亚高山地区急陡、高砾石含量工程边坡土壤侵蚀的影响.采用室内模拟降雨及人工配置土壤等方法,在5种雨强(25,40,45,65,85 mm/h), 5种坡度(35°,40°,45°,50°,60°)条件下进行模拟实验.研究结果表明:工程坡面产流率随着雨强的增加呈对数增加.不同雨强下坡面平均产流率变化过程随着坡度的变化差异性具有统计学意义.随着雨强的增加,同一坡面工程边坡侵蚀率明显增多.当雨强为40 mm/h时,工程坡面侵蚀率随坡度变化较小(0.015 g/s);当雨强为65 mm/h时,同一坡面的侵蚀率随着坡度的增加而减少.工程坡面溅蚀率整体呈现出迅速增长至峰值后缓慢下降的趋势.同一边坡随着雨强的增加,坡面击溅侵蚀率在产流前和产流时都有明显的增加,不同粒径土壤增速具有明显差异,同一坡面随着坡度的增加,坡面泥沙溅蚀率存在临界值(40°～45°).降雨强度与土壤侵蚀相关性有统计学意义,不同雨强下坡度与径流过程和侵蚀过程的相关性具有明显差异性.结论:工程边坡中砾石具有增加下渗率和抗侵蚀作用,工程坡面土壤侵蚀率随降雨历时逐渐下降;坡度的增加在增大坡面流速的同时会降低坡面实际承雨面积,工程坡面土壤侵蚀率随坡度的增加呈非线性关系.     

降雨入渗-地表径流下延安卸荷黄土边坡侵蚀演化特征

明确卸荷黄土边坡降雨侵蚀规律对地质灾害防治和流域生态治理具有重要意义。以延安卸荷黄土边坡降雨侵蚀灾害为研究背景,利用自行开发的降雨入渗-地表径流黄土边坡试验平台,研究降雨强度、降雨历时对卸荷黄土边坡入渗量、径流量、土壤流失量以及坡体含水率的影响,揭示降雨作用下卸荷黄土边坡侵蚀演化规律。研究结果表明：1）降雨初期坡面雨水以入渗为主,入渗量约为地表径流量的2～8倍;随着降雨历时增加,地表径流量呈增加趋势,雨水入渗量呈减少趋势;短历时强降雨条件下地表径流量小于入渗量,而持续强降雨条件下地表径流量大于入渗量。2）坡面侵蚀产沙量与降雨强度呈正相关关系,持续强降雨条件下的土壤流失量约为短历时强降雨的10.81倍。3）地表土体含水率随降雨次数增加呈现快速增长到缓慢增长再到平稳状态的发展过程,随降雨强度降低呈减小趋势;相同雨强下,持续强降雨下的地表土体含水率较短历时强降雨增长了9.62%;坡面中、底部浅层土体含水率增长速率高于坡面顶部。4）持续强降雨下边坡侵蚀灾变演化过程为雨水入渗→浅表层土体增湿→坡面密集溅蚀坑→地表径流→浅、细、短的侵蚀沟槽→深、宽、长的侵蚀沟槽→坡体浅层滑塌,坡面侵蚀破坏范围表现...     

基于137Cs示踪法的小流域系统坡长要素坡面侵蚀机制

基于137Cs示踪法研究了小流域不同坡度、坡而植被类型下的系统坡长侵蚀作用规律.结果表明:在系统坡长尺度上坡而侵蚀强度存在峰值,且该峰值的位置位于系统坡长的中、下游.系统坡长侵蚀作用过程呈溅蚀一片蚀一近坡纹沟发育一细沟发育一切沟、冲沟侵蚀排泄一坡而侵蚀稳定(至基准面)的动态演化过程.各过程对应的坡面分布区域,上段坡而以溅蚀、片蚀为主,中上段以纹沟侵蚀为主,中下段以细沟侵蚀为主并发生侵蚀泥沙径流经由切沟、冲沟排泄现象,下段以溅蚀为主并辅以一定的下泄面蚀.在系统坡长要素侵蚀作用过程中,坡度仅对峰值出现位置起控制作用,而对坡长侵蚀作用规律无影响.地表植被对坡长侵蚀作用干扰较强,主要是通过对地表径流的拦蓄作用实现的.     

公路路基压实黄土坡面人工降雨侵蚀试验

公路压实高原二区黄土(Q2)路基坡面人工降雨侵蚀试验研究表明,坡面冲蚀强度与雨强、降雨历时、坡长、坡角、压实度、土壤粘性皆有一定关系,高原二区粘性黄土冲蚀强度随时间增加而减小过程对坡面防蚀有利,在得出历时1h降雨坡面平均冲蚀强度及长历时坡面侵蚀强度随时间变化的经验公式基础上,提出减小坡面冲蚀强度方法。首先考虑增加压实度减小坡面土体重力侵蚀来减少坡面总体侵蚀量;实际工程中采用修筑截水平台或截水沟减小降雨侵蚀坡长或坡高,可大大减小冲蚀强度;坡高h不变时,坡角避开冲蚀强度最大的临界坡度为25.9°;坡高一定及边坡稳定情况下,边坡坡角应尽量避开15°～60°范围,大于70°或小于15°的坡面冲刷很小,对于70°以上坡角特别适应于直立性黄土坡面。     

坡面水沙运动对植被覆盖度的响应特性试验研究

为探明植被覆盖度对坡面水沙运动特性的作用,基于野外小区系列试验,采用苜蓿作为坡面植物,设置了范围在0～100%之间的6个不同植被覆盖度、6个不同的流量级(0. 139～1. 389L·s~(-1))条件下的共计36组坡面径流冲刷试验,对流速、含沙量、输沙率等方面进行了研究.试验结果表明:流速随着植被覆盖度的增大而减小,当植被覆盖度达到60%时,流速不再随植被覆盖度的变化而明显变化;含沙量随着植被覆盖度的增大迅速减小,相较于裸坡,当覆盖度大于20%时,含沙量即可减小60%,当覆盖度达到60%,含沙量可减少90%以上.植被覆盖度对坡面流速和输沙率的影响可分别用e-aVc和e-3aVc表示.本研究可为黄土高原坡面产沙能力估算提供一定的理论支撑.     

黄土陡坡细沟侵蚀及其产沙特征的实验研究

通过冲刷实验研究了黄土坡面径流侵蚀产沙特征,分析了坡面细沟侵蚀产沙率与径流切应力、径流流量和坡度,径流最大含沙量与单位径流动能、径流流量和坡度之间的关系,并提出了坡面细沟侵蚀率估算公式.     

降雨条件下阶梯状黄土边坡稳定性试验

为揭示黄土公路阶梯状高路堑边坡在降雨条件下的稳定性状,依托陕西某高速公路黄土路堑边坡工程,进行了现场试验和数值模拟,并通过离心模型试验,研究了阶梯状黄土高路堑边坡在降雨条件下的变形发展过程、坡面降雨入渗规律、涵水与护坡作用以及稳定性分析。研究结果表明:非饱和黄土阶梯状多级矮坡在降雨条件下,边坡的变形存在先垂直、后水平的特点,发生破坏前,会发生明显的侧向变形,在坡内很短距离无水平应变;一般降雨不会影响对阶梯状高边坡的整体稳定性;阶梯状路堑边坡能充分利用黄土的直立特性,来消除降雨对坡面的冲刷,最大限度地减少坡面产流,增加坡面的降雨入渗量;阶梯状路堑边坡还具有边坡防护、水分涵养与景观美化等功能,具有良好的工程和应用价值。     

边坡植被的护坡效应探讨

 边坡植被借助根系使边坡土体成为土与根的复合材料,从而明显提高了边坡土体的抗剪强度和安全稳定性,具有稳定土壤结构,提高土壤抗冲性,防治土壤侵蚀的作用;并且边坡植被地上部分的树冠、茎叶和枯枝落叶具有截留降雨和减弱高速落下的雨滴对边坡溅蚀的功能。但由于岩土介质的多变性和边坡植被受力的复杂性,目前的研究仍然停留在定性分析上。通过对边坡植被固土的力学相互作用和护坡效应的研究,探讨了边坡植被摩擦型根系和锚固型根系对边坡岩土体的力学作用机理,分析了边坡植被改善土壤环境,提高边坡的抗冲性,截留降雨,减弱雨滴溅蚀的效应。     

植被混凝土边坡抗冲刷模型对比试验研究

植被混凝土是岩质边坡生态防护的主要技术手段.针对目前植被混凝土边坡抗冲刷性能研究不足,本文通过自主设计的边坡坡面冲刷试验车及人工降雨装置,进行包括1∶0.75、1∶1和1∶1.25等3个不同边坡坡度,1.9、2.4和2.9 L/min等3个不同降雨强度,素土边坡和植被混凝土边坡等2种不同边坡防护形式在内的共计18组室内人工降雨冲刷模拟试验,每组试验降雨历时60 min,每10 min记录一次泥沙侵蚀数据.对比分析了植被混凝土边坡在雨水冲刷作用下坡面的侵蚀过程,统计了不同试验条件下的泥沙侵蚀量,同时基于能量法进行了理论推导与计算,针对植被混凝土边坡提出等效糙率概念对公式进行了修正.试验结果表明:植被混凝土边坡泥沙侵蚀量远小于素土边坡,说明其在施工初期就能具备良好的抗冲刷性能;植被混凝土边坡坡面侵蚀主要为层状面蚀,存在局部的细沟侵蚀,素土边坡坡面侵蚀呈现出明显的沟蚀;素土边坡和植被混凝土边坡的泥沙侵蚀量与降雨强度和坡度均呈正相关关系,试验过程中,没有出现临界坡度并分析了原因;基于能量法的理论计算能较好适应素土边坡,植被混凝土边坡泥沙侵蚀量的计算在通过提出等效粗率的方法后,理论值与试验值较为接近,但存在一定误差,如何合理减小误差及探讨其中的理论联系还需要进一步的深入研究.     

降雨引起的坡面黑土侵蚀厚度的计算

为了计算降雨引起的坡面黑土层侵蚀厚度,建立了坡面变形(冲刷厚度)的数学模型.模型包括坡面水流连续方程、水流运动方程、侵蚀方程(水土流失方程)、坡面变形方程.实现了对降雨引起的坡面黑土层侵蚀厚度的数值计算,该成果可预测黑土层流失的年限,为防治水土流失、减轻地质灾害、合理使用耕地和保护生态环境提供科学依据.     

麦秆纤维加筋土对黄土边坡抗冲刷的试验研究

麦秆纤维作为一种天然的加筋材料,可以显著提高土体的力学性能,且具有造价低廉、可降解等特性。为了研究麦秆纤维加筋土的坡面防护效果及其适应性,文章根据黄土公路边坡降雨侵蚀特征,进行了人工模拟降雨冲刷试验。结果表明:麦秆纤维加筋土的防护效果显著,最大冲蚀降低率达到了40%以上;麦秆纤维加筋土防护的边坡在第1次降雨时的平均冲蚀降低率为23.72%,第2次降雨时达到了30.45%,提高了约1.5倍,说明麦秆纤维加筋土防护对连续性强降雨有较好的适应性;麦秆纤维加筋土主要通过提高坡面土体的抗剪强度、降低坡面土体的渗透性能来提高坡面的抗冲刷性能。     

隔离边界条件下连续降雨诱发黄土边坡开裂试验研究

为了对连续降雨诱发黄土边坡破坏过程有更直接深入的认识,在陕北大型均质黄土边坡设置隔离边界并开展人工模拟降雨现场试验.总结了边坡开裂破坏特征,分析了坡顶裂缝及坡体破坏过程的力学机制,研究了水分入渗以及隔离边界对边坡开裂破坏的影响.结果表明:降雨侵蚀及雨水径流是坡顶土体开裂的必要条件,边坡浅层土体产生的竖直拉张裂缝及深层土体的剪切破坏倾斜裂缝贯通至坡面,坡体最终呈"L"型开裂面,坡顶的开裂宽度与开裂深度的发展变化趋势呈现一定相关性;降雨期间坡顶部位较易触发一定规模的浅层滑坡,降雨结束后水分下渗可能引发边坡深层破坏;隔离槽对降雨边界的物理隔离和阻断效应导致坡顶呈"一"型开裂线,并且边界土体-隔离布薄弱区裂缝剧烈发育扩展,易导致边坡更大规模破坏.     

降雨-植被格局耦合作用对坡沟系统水沙特征影响

不同植被格局的产流产沙特征是研究坡沟系统植被调控机理的重要基础.本研究以坡-沟系统物理模型为载体,通过间歇性模拟降雨试验对坡面5种覆草格局的产流产沙特征进行了分析.结果表明,植被格局对坡沟系统的产流产沙量均有显著性影响(p0.05).坡下部的蓄水减沙效益总体优于坡上部,但在坡沟系统条件下,并非将草带种植得越靠近坡面最下端,其蓄水减沙效益最佳,不同植被格局的蓄水减沙效益依次为:坡面中下部坡下部坡面中上部坡面上部,即将草带种植在距离坡面4m时其水土保持效果最佳,此处可减水7.35%,减沙62.93%.在不同格局条件下,第2、3次降雨径流量均值分别比第1次降雨增加5.39%~37.16%、1.83%~21.83%,产沙量均值分别比第1次减少42.05%~82.45%、72.34%~92.26%,即随着降雨场次的增加,径流量略有增加且趋于稳定的时间逐渐缩短,产沙量急剧下降.在不同植被格局条件下,随着模拟降雨历时的延长,径流量在0~10min内以约0.54L/min的速度快速增加至8~10L/min,之后处于水平稳定状态.产沙量的变异系数Cv在50%以上,产沙过程波动剧烈.草带削减径流量为5%左右,蓄流作用稍弱,相对来说对泥沙的拦截作用较好,能使产沙量下降33%左右.     

砾石覆盖对海涂围垦区盐土坡面上方来水冲刷侵蚀的影响

覆盖于土壤表面的砾石对坡面整个水蚀过程具有重要影响.为研究砾石覆盖对滨海粉砂盐土坡面上土壤侵蚀过程的作用,采用人工径流冲刷的方法,研究盐土坡面小区在2种出流量、2种坡度下的土壤侵蚀量随覆盖度(0%、20%、30%、40%、60%和80%)变化的关系.试验结果表明,坡面径流流速基本随覆盖度的增大而减小,产流时间基本随覆盖度的增大而增大.在10°坡面上,当流量较小(400L/h)时,20%～80%覆盖度减小坡面土壤侵蚀量的效果极显著(p 0. 01),相比于无覆盖对照组降低平均输沙率的54. 1%～86. 0%;当流量较大(600L/h)时,只有在较大的覆盖度(60%、80%)条件下,输沙率显著下降(p 0. 05).在20°坡面上,当流量较小(400L/h)时,30%～80%砾石覆盖均显著(p 0. 05)减小了坡面输沙率,相比于对照组降低平均输沙率的25. 7%～39. 2%;当流量较大(600L/h)时,仅80%覆盖度条件下的输沙率下降达到显著水平(p 0. 05).在不同的砾石覆盖度条件下,平均输沙率与坡度、流量满足较好的二元指数关系;侵蚀过程中不同砾石覆盖度条件下的输沙率与径流功率均满足较好的线性正相关关系.研究成果可为滨海围垦区盐土边坡侵蚀治理提供理论指导.     

红壤表土团聚体破碎方式对坡面产流过程的影响

以5种典型红壤为研究对象,分析了团聚体在消散和机械外力两种破碎方式下的稳定性,并对团聚体两种破碎方式下的坡面产流过程及其表土微形态进行了研究。结果表明:雨强为60 mm·h-1时,在消散和雨滴击溅共同作用下,随着团聚体稳定性增加,产流时间从3．7增加到16．2 min,稳定产流强度在0．73-0．93 mm·min-1之间,径流系数(α)与平均重量直径D1,FW和D1,WS(FW为快速润湿;WS为预湿后震荡)的多元回归式为αfallow=141．8-32．2D1,WS-9．8D1,FW (R2=0．91)．消除雨滴动能后,产流时间在3．9到40．2 min之间,稳定产流强度减少6％～81％,径流系数(α)与D1,FW符合αnet=188．06D1,FW-2.304的幂函数关系(R2=0．96)．入渗过程可以用Horton模型来描述,裸土条件下的稳定入渗率fc和系数k可分别用D1,WS的指数和对数函数描述,消除雨滴动能后则可用D1,FW分别进行描述．研究结果有助于深入理解降雨过程中土壤团聚体破碎方式对降雨入渗过程和坡面产流特征的影响,为进一步的坡面水文过程模拟和流域分布式水文模型开发提供必要的土壤参数．     

降雨作用下路堤边坡水毁机理及影响因素分析

为明确降雨对路堤边坡内部渗流场以及稳定性的影响,对路堤边坡水毁机理及其主要影响因素进行了研究。在特定土质、压实度以及冲刷入渗时间等控制条件下,通过边坡模型试验探究降雨对边坡坡面冲刷破坏过程的特征,运用GeoStudio程序进行数值模拟分析,找出降雨作用下路堤边坡内部渗流场和稳定性的变化规律。结果表明:降雨过程中雨水冲刷造成边坡坡面结构破坏,而边坡内部受到雨水渗流作用导致稳定性降低,降雨作用从外到内对边坡造成影响;随着2种土质边坡压实度从85%提升至95%,砂性土边坡的冲刷量减少了46.18%,边坡安全系数提升了13.74%,黏性土边坡冲刷量降低了33.70%,安全系数提升了10.21%;随着降雨时间的增加,黏性土边坡后期冲刷深度趋于稳定,但砂性土边坡冲刷深度有增大的趋势;相同控制条件下,降雨前后黏性土边坡安全系数变化量小于砂性土边坡。因此,同等控制条件下,黏性土边坡的抗水毁性能以及整体稳定性均强于砂性土边坡,研究结果有助于更全面地了解降雨过程中路堤边坡的水毁机理及主要因素的影响规律,提高道路支撑的稳定性。     

基于新型防渗护壁材料的膨胀土边坡抗入渗及抗冲刷特性

为有效防护膨胀土边坡在降雨?蒸发循环作用下的失稳破坏,采用新型防渗护壁材料防护膨胀土边坡,但其抗入渗、抗冲刷性能及工作机理尚不清晰.为此,制作未防护、防渗护壁材料防护和三维植被网+防渗护壁材料防护3组膨胀土边坡模型,研究降雨?蒸发循环作用下边坡体积含水率、孔隙水压力、径流量、土体冲刷量、坡面冲蚀过程以及裂隙的变化规律,...