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坡面冲刷对公路边坡稳定性的探究

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网站小编 发表于 2018-9-13 13:44:22 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
路基坡面冲刷是公路沿线一个常见的病害问题,在我国北方黄土地区修建公路时,线路开挖导致自然侵蚀加速,加速了冲刷的进程。同时,由于边坡的常年裸露,边坡发生变形、病害以及破坏的几率增大,其中水流的冲刷破坏最为显著,由于水流冲刷产生的边坡破坏明显增加,严重影响公路正常安全运营和增大养护费用。因此,进行冲刷防护的合理设计、冲刷机理分析和量化是不可缺少的。


坡面冲刷研究现状
坡面冲刷研究很早就已经开始,经历了将近几十年的发展历程,科学界对坡面冲刷已经形成了相对比较全面的认识。国内外对坡面冲刷进行了大量的研究。以坡面的流速研究为例,不同学者通过各自的研究得到了不同的坡面流速公式。1978-1988年江忠善在全面收集国内外坡面流流速的基础上,结合自己的试验数据,统计分析,得到黄土区坡面流速公式。Guy等人系统地研究了坡面流流速的影响因素,Foster首次利用模拟细沟模拟了流速与坡度相互关系,Govesrs做了相关的室内试验提出了坡度、流量、流速的函数关系。


坡面冲刷方面,大致分为三种观点:
(1)冲刷与流量和坡度都有关,且流量对流速的影响大于坡度。
(2)冲刷与坡度无关,仅是流量的简单函数。
(3)坡面冲刷中,流速沿细沟呈正态分布,主要受流量和坡度的影响且坡度的影响大于流量。通过分析发现:“坡度的影响大于流量对坡面冲刷的影响”是目前主要的研究趋势。


坡面冲刷机理
坡面冲刷过程包括降雨溅击和径流冲刷引起土颗粒分离、泥沙转移和沉积三大过程,其中径流冲刷占据主导地位。降雨溅击是形成冲刷的最初形式。当雨滴平均落速达到一定值时,土颗粒受到侵蚀而溅起,又分为干溅阶段、泥溅阶段和层状侵蚀阶段。雨滴落速继续增大到一定程度时,随着水流的继续增大,在坡度较陡的坡面上,形成了水深较浅的沟状径流。随着水流的继续增大,向下不断地将侵蚀土壤分离、游离形成泥沙。


2.1 水流中土的受力分析
坡面冲刷产生时,坡面上的土颗粒受到自身重力、粒间粘结力、渗透压力等多个力的相互作用,土颗粒的运动形式表现为稳定状态转为运动状态、迁移、趋于稳定沉积。主要体现在:
(1)土颗粒浮容重。即土颗粒在水流中受到自身重力和水浮力的双重作用下,形成的合力。
(2)渗透压力。土壤自身具备一定的渗透性,当雨水流经土壤时,部分水流会入渗进入土壤,产生与入渗方向一致的渗透压力。
(3)土颗粒间的离散力。土颗粒运动过程中,不同颗粒运动方向不一致,相互摩擦碰撞,产生相互作用力,即为土颗粒间的离散力。除此以外,坡面滑动需要一个初始起动力。当水流速度达到能使坡面活动的起始速度时,便产生了坡面滑动滑坡。


2.2 路基坡面冲刷强度
坡面冲刷强度可看作坡面流的冲刷能力,包括推移冲刷(土中粒径较大部分)和悬移冲刷(土中粒径较小部分)两部分。故而产生了坡面流推移冲刷能力和坡面流悬移冲刷能力。颗粒在水流中以沉速ω下沉,但悬移质的重心作为一个整体基本保持在一定高程,这意味着水流必须以ω的速度将颗粒群举起。


坡面冲刷防护措施
对于坡面冲刷防护而言,工程中常用的防护技术可分为工程防护、植被防护和综合防护三类。工程防护以土工结构物为主要防护措施,稳定性较高,但对自然生态的破坏特别严重;植物防护以栽种植物,利用植物的相关特性达到防护的目的,但对植物的要求较高,同时受地域影响比较重;综合防护是将工程防护和植物防护相结合,兼顾了边坡加固、边坡水土保持及生态恢复,效果比较显著。


结束语
(1)流速对路基坡面冲刷起到主要作用。坡面流流速与路基坡面坡度和坡面水流流量有直接关系。
(2)路基的坡面冲刷存在临界条件。只有当坡面上土达到起动拖曳力和起动流速时,才会产生坡面冲刷现象。并且在冲刷过程中,径流平均流速并不是一直随坡度增加而增加,而是存在一定的临界值,平均单宽径流能耗在随坡度的变化过程中也存在临界极值。

文章来源于网络

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精彩评论2

琪琪 发表于 2019-3-13 14:14:32 | 显示全部楼层
具体使用什么防护还是要根据实际情况来定
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刘海柱 发表于 2019-4-8 10:16:45 | 显示全部楼层
坡面流流速与路基坡面坡度和坡面水流流量有直接关系。
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