黄土边坡坡面稳定及防治技术研究

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基于改良边坡坡面土体工程性质,提高坡面冲刷稳定性的目的,结合土工试验和模拟边坡冲刷试验,研究了CONAID、LUKANG、EN-1和SSA土壤固化剂对黄土力学特性的影响,分析了黄土坡面稳定的主要影响因素及固化剂对坡面抗冲刷性的防护效果,优选出适用的固土材料、最佳掺量、龄期及压实度。将土壤固化技术与植草护坡技术相结合,探讨固化植草综合措施增强坡面土壤稳定及抗冲刷性的作用,获得以下结论:1、试验的4种土壤固化剂均能有效提高黄土最大干密度、抗剪强度和抗渗性。固化剂掺量、养护龄期、压实度和含水率是影响固化土抗剪强度和抗渗性的主要因素。在一定范围内,固化土的内摩擦角和黏聚力随固化剂掺量、龄期和压实度的增加而增大,随含水率的增加而减小,渗透系数随掺量、龄期和压实度的增加呈递减趋势。2、放水流量、坡度和压实度是影响坡面稳定及抗冲刷性的主要因素。径流量(率)受放水流量影响较大,受坡度和压实度影响较小。径流率在冲刷起始阶段(0~5 min)增幅较大,其后逐渐趋于稳定。含沙量在冲刷起始阶段较高,随冲刷时间的延续呈波动的下降趋势并逐渐趋于稳定。放水流量越大,压实度越小,坡面侵蚀沟出现越早、发育越明显,产(含)沙量越大;试验条件下,坡面侵蚀产沙过程的临界坡度为50°左右。各坡面径流属于紊急流或过渡急流,径流平均流速V、弗雷德数Fr随放水流量、坡度和压实度的增加而增大;雷诺数Re随放水流量和压实度的增加而增大,随坡度的增加先增大后减小(50°时达最大值)。放水流量对径流平均剪切力τ、平均功率ω及平均动能F的影响大于坡度和压实度,坡面产沙量M与τ、ω及F之间呈正线性相关关系。试验条件下,素土坡面临界径流平均剪切力为0.3646 N/m~2,临界径流平均功率为0.0981 N/m·s,临界径流平均动能为0.0895 J。3、4种固化剂可显著增强黄土坡面抗冲蚀性,减小坡面侵蚀产沙量。除SSA1.00 %固化土坡面含沙量高,细沟发育明显外,固化剂掺量和压实度越大,龄期越长,固化土坡面出现面(沟)蚀时间越晚,细沟发育越不明显,含沙量越小,径流平均流速越大。固化土坡面Re、ω和F大于素土坡面,f和τ小于素土坡面,径流属于紊急流,固化剂掺量、龄期和压实度对径流率、Re、F、f、τ、ω和F的影响不显著。试验条件下,固化土抗蚀性参数为0.1345 g/(N·min),临界平均径流剪切力为0.4528 N/m~2,均大于素土坡面。4、EN-1和LUKANG固化剂对黑麦草生长胁迫较小,CONAID和SSA固化剂显著抑制了黑麦草生长。各植草坡面含沙量大小为EN-1植草>LUKANG植草>CONAID植草>素土植草>SSA植草;阻力系数f大小为EN-1植草>素土植草>LUKANG植草>CONAID植草>SSA植草。除EN-1固化剂外,其它3种固化剂均使植草坡面V有所增加。CONAID、LUKANG、EN-1和素土植草坡面径流为过渡(层)缓流,产沙量显著低于相应的未植草坡面及素土坡面;SSA植草坡面径流属于紊急流,产沙量显著高于SSA固化土坡面,低于素土坡面。各植草坡面径流量、V、Re、Fr、ω和F显著低于相应的未植草坡面,f和τ显著高于相应的未植草坡面。5、综合考虑4种固化剂对黄土抗剪强度、抗渗性、抗冲蚀性及其对黑麦草生长的影响,建议在黄土边坡坡面防护工程中应用EN-1和LUKANG两种固化剂,最佳掺量为0.01 %,黑麦草种植量为35 g/m2,压实度为85 %,龄期达到20 d以上时,即可显著提高坡面土壤抵抗径流冲刷的能力,防止坡面侵蚀破坏引起的边坡失稳,且对坡面植被生长胁迫较小,可达到固土护坡和生态护坡的双重目的,是开发建设工程项目边坡防护的一条新途径。
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