紫色土坡耕地土质埂坎稳定性数值模拟

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埂坎通过分割坡长和降低坡面坡度控制坡耕地土壤侵蚀,具有较好的水土保持效果。在三峡库区坡耕地整治、高标准基本农田建设等工程中,土质埂坎因其造价低、施工方便、生态适宜、调控侵蚀效果较好,仍占较大比例,与石质埂坎同等重要,但确保土质埂坎的稳定是保护坡耕地的前提。经野外大量调查后选取了典型紫色土埂坎分层采集土壤样品,利用激光粒度分析仪、应变控制式直剪仪测试埂坎土壤物理、力学参数,运用应力变形分析法模拟不同规格埂坎应力应变分布特征,采用极限平衡分析法计算不同规格埂坎在自然工况和土壤吸水饱和工况条件下的稳定性系数,构建了稳定性系数对埂坎高度和外边坡坡度的响应模型。主要研究结果如下:(1)紫色土坡耕地土质埂坎与坎后土壤基本物理性质没有显著性差异。自然工况下,埂坎上层土壤抗剪强度大于中层和下层。埂坎和坎后土壤吸水饱和后,抗剪强度均降低。(2)紫色土坡耕地埂坎基部至顶部,最大总应力逐渐减小。埂坎高度一定时,随着外边坡坡度增加,腰部和基部最大总应力呈变大趋势,顶部变化趋势不明显。埂坎顶部和腰部X–总应力均随埂坎外边坡坡度的增加而减小,基部则变大。埂坎外边坡坡度一定时,随着埂坎高度增加,最大总应力和X–总应力均呈变大趋势。(3)紫色土埂坎高度一定时,随着外边坡坡度增加,X–位移最大值逐渐从埂坎基部下方掩埋区移动到埂坎基部上方临空面。埂坎外边坡坡度一定时,随着埂坎高度增加,X–位移没有发生特别明显的重分布,位移最大值区域相对较固定。(4)紫色土坡耕地土质埂坎稳定性系数随高度增加或外边坡坡度变陡而降低,但高度与外边坡坡度的交互效应对稳定性的影响不显著。埂坎土壤吸水饱和后,稳定性系数显著降低,其中,“低缓”型土质埂坎稳定性系数降低更明显。(5)紫色土坡耕地土质埂坎的潜在滑动面主要有直线形和圆弧形两种,“高陡”型埂坎潜在滑动面多为直线形,“低缓”型埂坎潜在滑动面多为圆弧形。土壤吸水饱和对潜在滑动面形态没有明显影响。
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