黄土沟坡重力侵蚀过程现场试验研究

以黄土沟壑区为例，研究次降雨事件中沟坡重力侵蚀过程，对于该地区的防灾减灾和可持续发展具有重大现实意义。研究拟在现场调查的基础上，概化出能够发生重力侵蚀的黄土沟坡特征地貌；按照该地貌特征，在黄土高原现场"切"出一系列坡面。然后，通过现场降雨模拟试验，模拟研究不同降雨条件下多种高度、坡度组合条件下黄土沟坡的重力侵蚀的过程；探索其发生机理，并提出相应的防治措施。本项目可实现在不破坏黄土节理的前提下对原型沟坡的重力侵蚀过程进行现场试验模拟，获得比室内模型试验更为可靠的结果；用人工模拟降雨的手段克服重力侵蚀随机性造成的定点观测困难，可在短期内获得大量数据；运用已有的成熟的模型试验观测技术，实现沟坡重力侵蚀过程现场试验的定量、动态观测。相关研究成果可为黄土沟壑区重力侵蚀的模型试验和数学模型模拟提供验证和对比依据，为今后同种以及其它相似类型的地质体的研究和治理提供理论参考依据、思路方法和试验观测手段。

在黄土高原地区，崩塌、滑坡等重力侵蚀已经对当地人民的生命财产安全构成严重威胁，而且重力侵蚀是黄土高原小流域水土流失重要来源，因此研究沟坡重力侵蚀问题是实现黄土地区防灾减灾和可持续发展的重要途径。首先，通过历史资料查阅和现场考察，全面统计、分析黄土高原发生的灾害性崩滑事件。现场调查结果表明，1980年以来在中国黄土高原地区降雨是大型滑坡发生的主要诱发因素，与此相关的滑坡事件占总数的45%；与人类活动、冻融和地震因素相关的滑坡，分别占28%、25%和1%，且人类活动对滑坡的影响呈上升趋势。然后，在易于发生重力侵蚀的黄土高原典型小流域——陕西六道沟进行沟坡重力侵蚀过程的降雨模拟现场试验，对9种不同坡度、坡高、雨强组合的初始地形、每组地形每隔12h连续降雨六次，观测历次降雨中原状黄土沟坡重力侵蚀过程。试验结果表明：1）自主设计研发的地貌仪与可移动实验室的结合实现了坡度大于70°的未扰动原状极陡沟坡重力侵蚀过程现场观测，克服了环境光和风力对试验观测的影响。2）在大于或等于70度的黄土陡坡上、次降雨量为54mm时，每组地形6次降雨后的重力侵蚀总量约为水力侵蚀总量的2倍，且重力侵蚀多在短时间内发生，因而更加危险。因此，沟坡的水土保持应以重力侵蚀防治为重点。3）线型、凸弧形和上凹弧型崩滑面的重力侵蚀发生频率对坡高变化较为敏感，其对坡高的敏感系数分别为7.78、48.00和11.89，而下凹弧型崩滑面的重力侵蚀发生频率对坡度变化更为敏感，其对坡度的敏感系数为11.20。4）对于同样坡度、坡高的沟坡地形在同样降雨条件下，历次降雨中现场试验的次降雨重力侵蚀总量和单次最大重力侵蚀量都比模型试验值小，这主要是因为现场试验下垫面土壤的硬度、容重大于模型试验中手工拍实地形硬度和容重。另外，采取试验现场提取的沟坡表层黄土，在实验室内加水重塑，采用直剪快剪实验方法研究沟坡土体抗剪强度特性，结果表明，干密度对抗剪强度影响显著。对黏聚力来说，干密度和含水量的敏感系数均值分别为4.19和0.74；对内摩擦角来说，干密度和含水率的敏感系数均值分别为2.20和0.04。最后，根据试验和调查的结果，提出一种生物与工程相结合的针对黄土高原小流域和偏远农村地区重力侵蚀综合治理方案。本项目研究成果可以对科学地指导水土保持措施配置，为防灾减灾及减少泥沙入黄量提供重要的借鉴意义。