特大暴雨对京承高速公路边坡防护工程的影响及其对策

为了解决2011年和2012年北京2场强暴雨期间京承三期高速公路道路边坡出现的滑坡问题,对道路边坡26处滑坡处进行实地调查,同时分析暴雨中出现边坡滑坡的原因和发生机制.结果表明：京承高速公路边坡出现滑坡主要存在边坡植被层滑坡、六棱花饰护坡冲毁、坡顶垮塌和坡体滑动等7方面问题.在此基础上,提出了完善坡体内外的截排水系统、避免形成大面积汇流、挂网绿化应对植被层与坡面之间加固等几方面对策和建议,可为今后边坡防护设计和暴雨条件下边坡滑坡应急处理提供依据和参考.     

多阶梯边坡植被恢复技术在公路建设中的应用

以京承高速公路密云沙峪沟—市界段为例,介绍施工中采用的以客土喷播技术与基质喷附技术相结合的一种边坡植被恢复技术——多阶梯边坡植被恢复技术.该技术通过削坡机将陡坡修成一定高宽比的多阶梯状边坡,沿阶梯面铺设护坡网,将混有一定比例的植物种基质喷附在每一级坡面上;同时在各平台面客土进行乔灌木建植喷播等一系列施工流程,结合对坡面的养护管理,保证边坡的稳定性,提高植被恢复的成功率,达到坡面植被恢复与绿化的效果.多阶梯边坡植被恢复技术具有稳定边坡,减少水土流失,美化边坡环境等优点,可为同类边坡植被恢复施工提供参考.     

高速公路生态护坡技术的水土保持效应研究

对高速公路生态护坡工程开展试验观测。研究探讨生态护坡技术的水土保持效应。结果表明，在高速公路高陡边坡上采用生态护坡技术建植草本植被。在短期内可完全覆盖坡面，水土保持效果显著，可抑制边坡侵蚀的发育，有效控制坡面沟蚀的发生，在中雨到暴雨的情况下，边坡径流系数在15．97％以下，土壤流失量极小。生态护坡技术的水土保持机理主要与草本植被对降雨的截留、雨滴能量的削减、坡面径流的抑制、根系的锚固与加筋作用，以及生态护坡技术本身的工艺特性有关。     

高速公路弃土场边坡沟蚀规律研究——以湖北沪蓉西高速公路为例

为探讨公路弃土场边坡沟蚀发生发展规律,以湖北沪蓉西高速公路(宜长段)为例,从弃土场沟蚀发育特征、发生发展规律和与沟间侵蚀的关系3方面对弃土场沟蚀规律进行探讨.结果表明,弃土场边坡沟蚀与降雨有密切的关系,沟蚀在坡面土壤侵蚀量占的比重越来越大;弃土场坡面沟蚀发展呈加剧发展趋势,随着观测时间的变化,细沟侵蚀在整个坡面土壤侵蚀量中占的比重越来越小,而相对浅沟侵蚀和切沟侵蚀所占的比重越来越大.     

高速公路植物措施保土效益初探——以云南省安宁至楚雄段为例

以云南省安宁至楚雄段高速公路为对象,初步研究该段公路边坡和弃土场的水土流失现状和植物防治措施种类及其布局.结果表明在公路边坡宜采用草灌混播方式,弃土场则在削坡开级和修建挡渣墙的前提下,种植坡柳或迎春花.通过在典型地段采用综合调查获取的数据分析研究,植物盖度在70%以上的公路边坡,基本上无鳞片状面蚀发生.在弃土场,由于坡面与堆渣体植被退化严重,发生不同程度的面蚀与沟蚀.经现场量测,其土壤侵蚀量为8090.4 t/km2(3 a时间),土壤侵蚀模数为2 696.8 t/(km2·a).高速公路两侧采取植物措施后既可防治水土流失,又可美化道路环境,保障行车安全.     

黄土丘陵沟壑区坡体稳定性影响因素分析

选取黄土丘陵沟壑区纸坊沟小流域为研究区,利用高精度遥感影像(分辨率0.068 m)和DEM (分辨率0.34 m)数据,结合野外调查,对崩塌、滑塌、滑坡、脱落和陷穴等失稳体进行识别,通过统计学、敏感系数方法,利用识别失稳体数据,分析不同类型失稳体空间分布状况,定量研究不同类型失稳体的影响因子敏感程度,揭示不同类型失稳体的主控因子,进一步阐明流域坡体失稳体的空间分布规律和影响坡体稳定性的主控因子。结果表明:(1)利用高精度遥感影像,获取流域失稳体,主要是以小规模和浅层的脱落、崩塌和滑塌为主,三者面积合计为0.417 km²,占流域总面积的5.04%。(2)评价因子内部中,土壤母质的红黏土、土地利用的天然灌木林地和草地、地貌部位的沟坡、坡度＞35°、地形起伏度为0.74~3.34 m是坡体失稳发生的高敏感区域,也是崩塌、滑塌、脱落和陷穴发育共有的敏感区域。(3)影响坡体稳定性主控因子权重由大到小为土壤母质、地形起伏度、坡度、土地利用和坡向。崩塌、滑塌和脱落的主控因子与整体坡体稳定性的主控因子相同,但因子内部权重存在差异。崩塌与整体坡体稳定性影响因子顺序分布一致。滑塌主控因子权重由大到小为土壤母质＞地形起伏度＝坡度＞土地利用＞坡向＞地貌部位。脱落主控因子权重由大到小为土壤母质＞土地利用＞地形起伏度＞坡度＝坡向＞地貌部位。滑坡的主控因子为坡度和地形起伏度。陷穴的主控因子权重由大到小为土壤母质＞地形起伏度＞坡度＞坡向。     

黄土区沟道阶梯状边坡水土流失防治措施与机理

陕北地区治沟造地工程中新修沟道阶梯状边坡抗蚀性较弱。研究利用室内人工模拟降雨试验,研究新开挖沟道阶梯状边坡在降雨作用下不同水土保持措施的水沙效应,并观测其侵蚀发育过程。结果表明:极端气象条件(120mm/h雨强)与坡顶部区域汇水作用是导致阶梯状边坡产生快速侵蚀破坏的两个主要条件。当边坡仅受到降雨作用,雨强在60mm/h~90mm/h之间变化时,产沙速率稳定,不同雨强下产沙速率呈现倍率关系,坡面侵蚀现象无明显差异,坡体无明显破坏;120mm/h雨强条件下,产沙速率显著上升,侵蚀发育过程出现明显变化,坡体破坏明显。阶梯状边坡平台反坡措施能有效减少60mm/h,90mm/h,120mm/h三种雨强下产沙量58.4%,35.2%,62.1%,减少径流量69.6%,26.6%,60.8%,并有效减缓坡体表面破坏及侵蚀发育速度。用放水试验模拟无截排水措施情况,发现截排水措施能够有效降低产沙量92.7%,同时改变了侵蚀发育的现象,将急剧下切发育的细沟侵蚀转变为了发育较为缓慢的层状面蚀。从减水减沙的角度,坡顶截排水措施与平台反坡措施皆为有效的阶梯状边坡水土流失防治措施。     

高速公路边坡植被特征分析及护坡模式优化研究

选取铜川至黄陵至延安高速公路(简称铜延高速公路)不同防护模式下的18个边坡为研究对象,分析了边坡植被特征.结果表明:(1)3种模式下,边坡的植被总益度均大于60%,边坡的物种丰富度很低,物种数最多只有17种,Shannon-Weaner指数最高为0.85.(2)坡向和坡位对边坡植被的生长影响很大,植被盖度呈现阴坡阳坡,下坡位上坡位中坡位.(3)现有的"苜蓿+柠条"和"小冠花+拧条"等植被组合呈现剧烈的种间竞争.(4)综合植被生长状况、物种丰富度及坡向坡位的影响,表现最好的是骨架植草模式,其次穴状整地植草模式,最差的是挂网喷播模式;物种组合"小冠花+柠条"最优,"苜蓿+柠条"其次,"苜蓿+黑麦草"最差.     

三峡库区黄泥巴蹬坎滑坡变形机制

[目的]研究黄泥巴蹬坎滑坡的变形规律及失稳机制,旨在为库区同类型滑坡的研究提供借鉴。[方法]分析该滑坡的宏观变形特征,结合专业监测数据,研究其变形规律及失稳机制,并运用数值模拟计算研究库水位下降的致滑机理。[结果]黄泥巴蹬坎Ⅰ号滑体变形严重,分别于2007年4—6月,2009年4—6月,2012年4—6月发生加速变形,且加速变形速率逐次呈快速增长趋势。库水位下降对该滑坡稳定性的影响表现为坡体外部卸荷效应和内部动水压力推动作用。一方面,库水位下降使得指向坡内的静水压力消失,导致抗滑力减小。另一方面,库水位下降引起坡内地下水位下降,地下水沿滑带方向渗流,产生的动水压力推动滑坡向外发生变形。[结论]目前黄泥巴蹬坎滑坡处于欠稳定状态,库水位下降加之连续强降雨是导致黄泥巴蹬坎滑坡变形失稳的主要因素。     

泥石流流域失稳性坡面土壤抗蚀性评价

为探究失稳性坡面不同区段对土壤抗蚀性的影响效应,加深滑坡对坡面土壤结构作用机制的认识,以云南省昆明市东川区蒋家沟流域为研究区,选取区内3个气候区（温带湿润山岭区、亚热带和暖温带半湿润区、亚热带干热河谷区）共5个样地（大地阴坡、小尖风阳坡、多照沟阳坡、查菁沟阳坡、大凹子沟阴坡）,分析土壤样品的理化性质,并运用主成分分析法对5个样地失稳性坡面土壤抗蚀性进行综合研究。结果表明：（1）5个样地的土壤持水量、孔隙结构、有机质含量、水解氮含量、速效钾含量、土壤团聚体粒径≥0.25 mm占比、土壤团聚体平均重量直径在稳定区显著大于堆积区,呈现稳定区>失稳区>堆积区趋势;而土壤容重、有效磷含量、全磷含量、土壤团聚体粒径<0.25 mm占比则在稳定区显著小于堆积区。（2）5个样地的土壤抗蚀性综合得分（F）均表现出稳定区（2.401）>失稳区（0.017）>堆积区的规律（-2.417）,且3个坡面区段间差异显著（p<0.05）。3个坡面区段土壤抗冲指数大小依次为稳定区（45.873 L/（s·g））>失稳区（33.245 L/（s·g））>堆积区（15.723 L/（s·g））,稳定区与堆积区差异显著（p<0.05）。抗冲指数与抗蚀性具有极显著正相关关系。（3）土壤持水性、孔隙度、有机质含量、氮钾含量、粒径≥0.25 mm团聚体含量和团聚体平均重量直径与土壤抗蚀性综合得分呈显著正相关;而土壤容重、有效磷含量、粒径<0.25 mm的微团聚体含量则与土壤抗蚀性综合得分呈显著负相关。研究结果阐明了泥石流流域土壤抗蚀性对失稳性坡面的响应机制,促进了灾害对土壤结构影响效应的认识,为总结提升失稳性坡面土壤抗蚀性的综合措施提供参考依据。     

坡面不同截-排水沟布置方式下土壤微团聚体流失特征

传统坡面水系工程主要在节约工程量的考量下,把截水沟布置成平行于等高线的形式,但为了符合坡面自然排水状况,该研究中考虑用汇流和分流的方式来探究从理论上改变坡面沟道的基本形状是否具有可行性。该研究设计按比例缩小的坡-沟模型,以无措施坡面为对照,用人工模拟降雨的方法探究在不同坡度、地类坡面上布置汇流型和分流型截排水沟道后,坡面土壤微团聚体的流失变化规律。结果表明:在各个地类和坡度中,布置汇流和分流截排水措施后均出现较小颗粒微团聚体(5μm)在侵蚀泥沙中富集的现象;在坡耕地中,布设截排水措施能显著稳定土壤小粒径微团聚体(5μm)比例的稳定性,但分流截排水措施的效果更加明显,但在5°和10°时,汇流截排水措施能更好减缓坡面土壤粗化(250~1 000μm)趋势;汇流措施能减少林地侵蚀泥沙中微团聚体富集的波动性并控制林地坡面较小粒径微团聚体流失(5μm)的程度,但在荒草地中,总体来看,汇流措施对控制坡面微团聚体流失具有更强的作用。汇流型和分流型截排水措施对不同地类坡面微团聚体的控制保护各有侧重,在布设坡面沟道时,根据坡面、土壤实际情况和土壤保护要求来选择坡面截排水措施是极有必要的。该研究为进一步研究坡面自然排水方式在现实中运用可能性和可行性提供部分基础资料。     

基于渐近均匀化理论的黄土高原草本植物固土效果模拟

黄土高原是中国水土流失和浅层滑坡灾害最严重的地区之一,而植被根系能有效抑制浅层滑坡。黄土高原草系分布广泛,根系在空间配置上具有鲜明的周期重复特征,计算大量根系的边坡固土效果非常复杂。该文利用渐进均匀化理论,构建"根系-土体"复合土体本构关系,通过与已有研究对比说明,该文所述方法计算三维本构关系具有较高精度。为说明均匀化方法在含根群边坡中的准确性和高效性,该文基于有限元软件ANSYS,进一步模拟了含草边坡和无草边坡的应力和应变分布规律。数值模型设置为3组,分别是无草边坡模型、含草边坡的分离式模型,以及基于该文均匀化理论的含草边坡模型。该文进一步采用观察等效塑性应变区是否贯通作为边坡失稳临界状态的标准,利用强度折减法计算了边坡安全系数。研究表明:1)渐进均匀化理论不仅能准确地构建根土复合体本构关系,而且极大地减少了模型计算工作量(减少了95.58%的单元数)。2)披碱草根系能改善边坡浅层土体的应力场,使得根系分布区内的剪应力更加均匀,使坡体浅层更趋于稳定。3)当边坡坡度较小时(坡角为30°),无草边坡安全系数较大(F=4.28),根系对边坡的稳定性加持较小(平均仅提高2.92%);当坡角增大到45°时,无草边坡安全系数下降为2.90,而含草边坡平均安全系数提升了13.45%,根系固土效果更加显著。     

西南山区云南松根土复合体力学特性及其对浅层坡体稳定性的影响

[目的] 探究西南山区云南松根土复合体力学特性及其对坡体稳定性的影响，为该区浅层滑坡机理认识，识别预警与防治等提供理论基础与数据支持。 [方法] 以四川省凉山州中研究极为缺乏且与浅层滑坡密切相关的云南松根系为研究对象，开展根土复合体抗剪强度试验和FLAC 3D边坡安全系数数值模拟，探究了不同根系密度、根系分布方式与土壤含水量组合下乔木根土复合体的力学性质及浅层边坡稳定性。 [结果] 较高的植物根系密度可明显提高土体的抗剪强度，与素土相比，黏聚力、内摩擦角提高比例分别高达45.5%，9.6%。然而，根径与根系抗拉强度却呈显著的幂函数负相关关系(p＜0.05)，根径低于2 mm的细根抗拉强度最强；同时，乔木根系水平或垂直分布方式下，土壤含水量的增加均会降低土体的抗剪强度，不利于边坡稳定，而乔木交错分布最有利于提高土壤的抗剪强度和边坡稳定性。 [结论] 乔木根系的高密度发育，复杂交错分布，细根丛生等特点对提高根土复合体抗剪强度与边坡稳定性具有重要作用，适度地增加边坡植被覆盖是控制浅层滑坡发生的重要措施之一。通过评价地质灾害多发区不同条件下乔木根系护土固坡效应，可为震后地质活跃区开展生态修复提供理论支持。     

水库防渗措施及坝后排水沟距离对周边农田地下水埋深的影响

干旱区平原水库渗漏对下游农田土壤的水盐动态变化影响较大,易造成土壤的次生盐渍化和沼泽化。水库常采用"上防下排"措施来降低坝后农田地下水埋深,但排水沟参数如何选择,与坝基防渗体如何联合使用,治理效果如何等都值得深入研究。该文基于非饱和土体渗流理论,以恰拉水库周边农田为研究对象,针对"上防下排"措施进行数值模拟,分析恰拉水库采用水平铺盖、悬挂式防渗墙或无防渗措施时,坝后农田地下水埋深与坝后排水沟位置及深度的关系,并针对下游坝坡稳定及坝后积水进行分析,并通过田间试验进行验证。研究表明:在不同的渗流控制方案下,农田地下水埋深均以排水沟中轴线为对称轴呈现"漏斗形"降落趋势,排水沟前地下水埋深逐渐增大,排水沟后的地下水位有一小幅度的减小,因此,"上防下排措施"从"源头"处减小渗水进入坝后农田,增大农田地下水埋深。3种方案对比显示,不同"上防下排"渗流控制方案在遏制水库渗漏和减小坝后农田地下水的效果不同。悬挂式防渗墙和无防渗体工况不能有效减小水库的渗漏量,联合排水沟使用效果较差。22倍水头的水平铺盖在渗流控制方面优于悬挂式防渗墙和无防渗体时的工况,联合坝后排水沟及时排水后,可有效的将地下水埋深控制在2.72 m左右,大于当地的地下水临界水位2.45,有效遏制坝后土壤的盐渍化趋势。排水沟设置的位置和深度对大坝稳定存在一定影响,计算实际工况(22倍水平铺盖)时下游坝坡抗滑安全系数为1.358,大于下游坝坡最小抗滑安全系数1.242,下游坝坡处于安全状态。排水沟设置后,坝趾至沟间的积水长度是产生坝后沼泽化的主要原因。计算和实测实际情况下的积水长度为0.27 m,沼泽化面积较小。此外,计算还发现避免农田沼泽化对应的排水沟最小深度为5.18 m,实际工程中排水沟深度为6 m,可见当前的防渗形式以及排水沟至坝趾的距离及深度是合理的。库水位变动、排水沟排水的及时性对坝后地下水埋深也有较大的影响,排水沟作为辅助措施应与农田排水沟(渠)、水库防渗体以及农田灌溉制度配合使用,才能更加有效的发挥作用。