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1、黄土公路边坡侵蚀防治对策李俊马保成作者单位：长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室 随着西部大开发的实施，山区公路建设飞速发展。然而，通过对青海、廿肃、宁夏、陕 西等黄土地区多条公路的调查，发现黄土地区的公路边坡多有冲刷侵蚀破坏的现彖，严重时 甚至造成坍塌、滑坡、泥石流等危害，给正常的交通运行带來了严重的影响。笔者通过对陕 西榆林和宁夏银川等地区的黄土公路边坡进行调查研究，分析总结出了黄土公路边坡的坡面 侵蚀机理，提出了相应的防治对策，为解决黄上公路边坡的坡面侵蚀问题提供一些可行的方 法。1. 坡面侵蚀机理对黃土公路边坡的侵蚀分析，主要是从黃土的颗粒组成和构造出发,结合黃土透水性强、 抗水性
2、弱、易崩解、湿陷性明显的水理特性，根据黄土地区特有的沟舉纵横的地貌特征及降 用集中、分布不均的气候特点，从雨滴溅蚀和水流侵蚀两方面进行阐述的。1. 黄土的颗粒组成和构造黄土是距今约200丿j年左右的笫四纪时期形成的土状堆积物，rh黄灰色或棕黄色的尘土 和粉沙细粒组成，粉粒成分高；碳酸盐矿物含量较多，结构疏松多孔，垂直节理发育。干燥 时较坚硬，受水浸润后，则容易剥落，遭受侵蚀，甚至发牛滑塌或坍陷。2. 黄土的水理特性黄土上述的粒度组成及构造形式，决定了它多方面的水理特性。其中，它的大孔隙、多 孔性，使其透水性较强，更由于垂直节理发育，导致垂直方向的透水性大于水平方向；颗粒 组成中的矿物组分亲水性
3、较弱，乂使它具有极弱的抗水性;黄土结构中的黏土矿物和矿物盐, 在干燥状态下形成的胶结物具有很强的胶结力，能够将土体牢靠地固结在一起，一旦受水浸 湿，胶结力急剧减弱，表现出遇水快速分散、碎裂、塌落的易崩解特性；同时，较高的孔隙 率、透水性和崩解性，促使黄土结构在自重压力与附加压力的共同作用下迅速破坏，并发生 显著的沉陷变形，产生严重的湿陷后果。3. 黄土地区的地形地貌特征和降雨特点我国黄土总面积约63万平方千米，占国土而积的6%,主要分布在青海、宁夏、甘肃、 陕西、山西、河南等省区。黄土地区沟壑纵横，形态复杂，是在中生代基岩所构成的古地形 基础上，覆盖新生代红十-和很厚的黄土层，再经过流水切割和
4、十壤侵蚀而形成的，基本的地 貌类型为黄土堀、梁、询、沟、堀。大部分黃土地区属于典型的干旱、半干旱地带，降雨量并不多，但却|-分集中，R降南 量年际变化很大。各地多年平均汛期雨量均超过多年平均年雨量的50%,形成明显的干湿季 节。例如，延安地区79川的平均降水量为341mm,接近年平均降水量572mm的60%。而FL, 汛期降雨又往往以高强度的暴雨形式降落，甚至出现过H降水量超过100mm的特大暴雨。 1959年7月21 F1神木气象站就出现过136伽的H降雨量，比当地该月20年平均月降雨暈 还要多22mmo这样集中的雨量，很容易演变成强大的山洪，具冇尸大的冲刷力和破坏力， 引起严重的上壤侵蚀。
5、4. 黄土公路边坡的坡面侵蚀机理坡面侵蚀是指坡面表层十体在坡而流水动力的作用下，从原位脱离，遭到流失破坏的现 象。其中，坡面流水动力主耍是山降雨的雨滴击溅作用及降雨形成的坡面径流的水流冲蚀产 生的。因此，下文从雨滴溅蚀和水流冲蚀两方而分析坡而侵蚀破坏的机理。(1)雨滴溅蚀雨滴以一眾质量和速度击溅到黄土表层时，具有较大的冲击力和动能，特别在暴雨情况 下表现得尤为明显。当它打击坡而土粒或坡而薄层水流时，能使十体团粒分散，E溅到四周, 产生溅蚀；并使薄层水流产生强烈紊动，增加水流的挟带能力，对表土产生冲蚀。从能量角 度看，雨滴溅蚀表土的过程就是南滴冲量、动能耗散的过程。i般，南强越大，降雨动能越 大
6、，雨滴溅蚀量也就越大，对表土的溅蚀作用越强烈。另外，总雨屋越大(即同一强度的降 雨持续时间越长)单个雨滴动能虽未增加，但附滴总数增多，降雨总动能就变人，西滴溅蚀 破坏力也就相应增人。除此之外，雨滴溅蚀还与坡度有明显关系，坡度人，雨滴落地时的入 射用就大，沿分散土粒方向的分力也大，相应，用滴击溅作用的效率就高。雨滴溅蚀棊本上均布于地表，它对坡体上部的破坏性较Z于坡体下部更大。这是因为， 从表土击溅而起的土粒，其向下移动的距离和数量远远大于其向上移动的距离和数量。如此, 坡体顶部、上部等比较高一些地段的溅蚀量远远大于沉积量，击溅破坏情况比较严重；而山 坡体上部溅蚀下来的土粒流向并沉积到坡体下部，从
7、而使坡体下部的沉积量人于溅蚀量，破 坏情况相对轻微得多。(2)水流冲蚀冲蚀并不像溅蚀那样均布于地表，它是在降雨持续一定时间后，先将坡血表层的一些小 洼地连接起来，然后，随着降雨的增多，不断挟带、冲蚀山溅蚀而分离的土粒，逐渐冲刷、 淘蚀表层坡体，形成数目众多、宽细深浅不一的冲沟，造成各种各样的坡而侵蚀破坏形态。 为了更清楚水流冲蚀的破坏过程，可以将其破坏作用细分为以下4类： 推离作用坡面径流流经表十时，具有一定流速，会对土粒产生一个推力；同时，土粒是有质量的 物体，口身由于摩擦作用对水流会有一个相应的抗力。当水流的推力大于土粒的抗力时，土 粒就被冲离原位，出现冲蚀破坏。 上举作用当坡面径流流过表
8、层较大土粒或土块时，由于土粒或土块顶部流速大，底部流速接近于 零，流速相差较大，从而，在顶、底两层水流Z间产牛向上的压力差，把土粒从原位上举分 离。若上举力人于或等于重力，土粒会以悬浮状态随水流移动；若小于重力，土粒则卜沉。 另外，径流速度减小时，上举力也会和应减小。 摩擦作用坡面径流流动时，所挟带的砂、砾对冲沟具冇一定的摩擦力和强烈的撞击力，从而，不 断侧蚀沟壁、淘蚀沟底，对坡体结构造成破坏。口坡体径流量越大，流速越高，挟沙能力越 强，摩擦侵蚀作用就越明显。 溶蚀作用坡面径流在移动的过程中，还会有一部分水流下渗。渗入黄上的水流会溶解掉上体结构 小的易溶盐及各类矿物形成的胶结物，到达土颗粒农面
9、，进一步破坏土粒间的联结薄膜，大 大降低了土体的抗剪强度，造成土体破坏。2、坡面侵蚀的主要影响因素通过分析黄土公路边坡的坡面侵蚀机理，可提取出一些影响公路边坡侵蚀的因素。下而 主要从坡顶汇水面积、边坡的坡长和坡度、坡|何上植被的覆盖情况等角度，解析黄土公路边 坡在这些因素的影响下，坡面遭受侵蚀破坏的情况。1. 坡顶汇水面积除所研究边坡坡面范围以内的坡面流水能够造成严重的坡面侵蚀外，边坡坡顶上游冇汇 水区H汇水区内的水流流向边坡时，更加重了坡面侵蚀的力度。这是因为，在原有用滴溅蚀 和水流冲蚀的破坏基础上，又累加了一层水流冲蚀破坏效果。且汇水面积越大，对边坡坡面 造成的破坏程度越高。2. 边坡坡长
10、和坡度通过实地考察发现，一般当坡面长度L8m 时，冲刷破坏加剧，尤其是8m以下的坡体冲刷情况更甚。对于设冇多级边坡平台的高边坡, 多从笫二个边坡平台向下的坡面开始，破坏逐渐加剧；下一级边坡平台坡面比上一级边坡平 台坡面破坏程度严重；最卜部坡面扒皮、冲刷很发冇。坡顶有汇流区时，坡面冲刷更剧。但 当L24m时，由于坡而阻力和水流内部摩阻作用，坡而冲刷破坏现象反而有所减轻。且L 越大，路径越能量消耗越多，冲蚀破坏能力却愈来愈弱。在坡顶无汇水的情况下，其破 坏主要集中于坡面下部，坡Ifil中上部则基本完好。当边坡坡度很小时，坡面径流的冲蚀能力较弱，侵蚀力较小；当边坡坡度大于一定值后, 随着坡度的增加，
11、水流速度越大，坡面径流的冲蚀能力越强，侵蚀破坏力越大；但当边坡坡 度人于坡而侵蚀的临界坡度（不同的研究，得出的临界坡度不同）时，若没有额外的汇水， 随坡度增加，坡而实际的受雨而积将显著减少，坡而径流量的冲刷动能减小，相应，坡而侵 蚀破坏力度变小。3. 植被覆盖情况坡面植被发育时，雨滴只有经过植物的叶、茎、杆才能到达地面，这样，就削弱了雨滴 的动能，降低了雨滴的溅蚀力；并有部分雨水被植被截留，使得坡而径流量相对减少；另外, 植被增加了水流的径流阻力，使其流速减小，自然，它对坡而的冲刷就变弱了。而在植 被枯死后，腐化分解得到的腐殖质能够改善土粒结构，增加吸水性能，相应，也就降低了坡 面的径流量。3
12、、黄土公路边坡坡面侵蚀防治对策基于上文对黄土公路边坡坡面侵蚀机理和坡面侵蚀主要影响因索的分析，提出一些针对 黄土公路边坡坡面侵蚀的防治对策。1. 坡顶设置截水沟当边坡坡顶有汇水区时，合理布设坡顶截水沟，能有效减少坡面径流量的累积，防止水 流对坡面的冲刷侵蚀。一般，坡顶截水沟应结合地形和地质条件，沿等高线布设在开挖线 5m以外，线形需流畅。长度以200m500m为宜，沟底纵坡宜为0. 5%2. 0%,以免水流停滞。 当坡顶汇水面积过大时，宜采用两条或两条以上的截水沟，分段拦截地1侨径流，截水沟的间 距一般应控制在5070m Z间。对于不良地质地段的坡顶截水沟，必要时应采取防冻、防渗 措施，防止水
13、流冲刷或渗漏引起的滑坍。2. 高边坡分级截流当边坡过高时，采用分级截流的方式，可以及时排走坡面积水，避免水流对边坡的仪害。 坡顶以外的地表水从坡顶截水沟排走;分级边坡平台设平台截水沟排水;坡脚采用边沟排水。 其中，平台截水沟尺寸一般为30cmX30cm,沟底纵坡宜控制在0. 5%2. 0%范围内，每隔30 50m设急流槽将水尽快排出边坡；并釆用M7.5浆砌片石护砌，防止平台受水的长期反复作 用引起浅层滑塌。3. 植物防护植物防护主要是利用植被对边坡的覆盖作用和植物根系对边坡的加固作用，保护边坡免 受雨水与地表径流的冲刷。另外，在边坡上种植植物，还可以保护生态、净化空气、美化环 境、保证行车安全
14、，具有良好的生态效益、社会效益和经济效益。可用于公路边坡防护的植 物种类较多，主要有灌木、乔木、草本植物及藤本植物等。4. 垢工防护对于一些不适宜植物生长的土质或风化严重、节理发育的岩石边坡，则可以采用工程防 护措施。常见的工程防护有抹（捶）面、护面墙、挂网喷浆、干（浆）砌片石护坡、水泥混 凝土预制块护坡等型式。但是，单一的坊工防护比较单调，考虑到与环境的协调问题，1=1前 绝人多数黄土公路边坡采用植被与垢工相结介的综介防护措施。最为常见有混凝土网格中空 植草护坡、六角空心砖护坡、叠拱护坡等。公路建设是重耍的现代地貌变化过程，是引发新增水土流火的重耍人类活动形式，对区 域环境的社会、经济发展影响显著。建议相关部门在对公路建设引起的水土流失进行综合治 理的同时，重视公路边坡侵蚀机理研究，加强公路边坡侵蚀观测，引进边坡生态防护理念, 预防和减轻边坡危害引发的公路安全问题。
