降雨入渗对黄土边坡稳定性的影响及生态护坡防治技术研究

杨永东，男，甘肃省水登县人，中共党员，博士研究生，副教授，2008年毕业于甘肃农业大学农业水土工程专业，2022年毕业于长安大学防灾减灾工程及防护工程专业。主要从事地质灾害科学与工程、岩土体稳定性、黄土结构等方面的研究工作。自2008年以来在陇东学院任教，主要承担“理论力学”“材料力学”“工程质量事故分析与处理”等课程教学工作。从教多年以来，获甘肃省科技进步三等奖2项，甘肃省高等学校教学成果三等奖1项，庆阳市科技进步一等奖2项、二等奖2项。获国家发明专利授权1项。

刘永德，男，甘肃庆阳人，毕业于中北大学环境工程专业，高级工程师。现为北京首创环保集团庆阳陇沣海绵城市建设管理运营有限责任公司副总经理、技术总监。长期致力海绵城市建设、农村生态环境综合整治及水污染综合治理技术的实践和推广工作，具有扎实的理论基础和丰富的实践经营。拥有发明专利1项、实用新型专利13项。多个项目的设计方案被《污水处理工程方案设计》(张统主编)一书收录。

第1章黄土边坡稳定性及生态护坡技术的研究进展

1.1非饱和黄土力学特性的研究

1.2改性黄土工程特性研究

1.3降雨人渗条件下黄土边坡的失稳机理研究

1.4降雨类型及间歇性对黄土边坡稳定性的分析与研究

1.5黄土边坡加固措施研究

1.6土壤固化剂在边坡稳定与场地恢复中的应用

第2章研究区地质环境条件调查

2.1地质环境条件调查

2.2黄土的成分特征调查与分析

第3章黄土边坡在降雨作用的入渗规律研究

3.1地质模型

3.2模型假设

3.3模型推导

3.4黄土基质吸力及渗透系数确定

3.5模型验证

3.6基于Newton-RapHson方法的数值验证

第4章降雨作用下黄土边坡入渗特性及变形特征试验研究

4.1降雨人渗试验研究

4.2结果与分析

第5章降雨作用下不同坡度黄土边坡稳定性因素研究

5.1数值模型建立

5.2结果与分析

第6章降雨类型及间歇性对黄土边坡稳定性的研究

6.1工程概况及数值模型

6.2结果与分析

第7章黄土及改性黄土的力学性能研究

7.1试验方案

7.2结果与分析

7.3本章小结

第8章降雨作用下不同护坡方式的性能评估研究

8.1草本植物根-土复合体的共同作用

8.2研究方法

8.3结果与分析

第9章黄土边坡固化植草防治技术的工程应用

9.1研究材料与方法

9.2结果与分析

第10章总结与展望

10.1总结

10.2展望

参考文献

黄土是距今约200万年的第四纪时期形成的土状堆积物。全世界黄土分布的总面积大约有1300万km2。我国的黄土分布，西起甘肃祁连山脉的东端，东至山西、河南、河北交接处的太行山脉，南抵陕西秦岭，北到长城，包括陕西、山西、宁夏、甘肃、青海等五个省区的220多个县市，面积达64万km2，占全国土地面积的6%。黄土高原是世界上黄土覆盖面积最大的地区，其地处中国中部偏北，北纬34°~41",东经98~114"，其面积约64万km2，包括太行山以西、乌鞘岭以东、秦岭以北、长城以南的广大地区。黄土高原位于中国第二级阶梯上，海拔1500~2000m，跨山西、陕西、甘肃、青海、宁夏、内蒙古等省自治区，厚度达到200 m以上。黄土高原是黄河中游的核心地区，长期以来一直是人与自然相互作用的关键区域，也是我国水土流失最为严重、生态环境最为脆弱、地质灾害最为频发的地区之一。

董志塬位于甘肃省东部，介于东经106*45 ~108*45 、北纬35°15 ~37 10 ，属黄河中游黄土高原沟壑区，是陇东黄土高原的主要组成部分。由于黄土高原被河流、洪水剥蚀切割，形成了高原、沟壑、梁峁、河谷、平川、山峦、斜坡兼有的地形地貌。

由于该地区的植被较为稀疏，雨水多集中在夏季，且多为暴雨，在雨水的冲刷侵蚀作用下，黄土地面冲刷侵蚀现象严重，逐渐形成沟壑交错的塬、墚、峁等典型地质现象。该地区绝大多数耕地、工程建设均分布在斜坡上。特殊的地质、地貌和气候条件赋予了黄土高原独特的自然地理特征，使该区素以强烈的土壤侵蚀作用、严重的水土流失和各类频繁的地质滑坡灾害而著称，目前已成为我国水土流失最为严重、地质滑坡灾害频发、生态环境问题较为突出的地区之一。以调查的小崆峒沟为例，沟内存在多个可能的滑坡点和不稳定斜坡。其坡高为48~100 m,坡角为30~80°。区域内降雨年际分布不均匀，降雨集中在7~9月，有记录的最大降雨量为179.8 mm。

黄土特殊的结构性、湿陷性和水敏性等特征，使在黄土地区土质边坡中，主要工程事故均与降雨和地表水入渗有关。加之长期以来人类频繁的生产活动，尤其近20年来石油和煤炭资源的开采及城镇、基础设施的兴建，山地、丘陵、黄土高原存在大量裸露坡面，使原本脆弱的生态环境遭到严重破坏，水土流失极其严重并日趋剧烈，造成新的水土流失源和地质灾害隐患，加剧了人类生存环境的恶化和生态系统的退化。如何有效防治降雨和地表水渗人深层土壤，是防治黄土边坡灾害的主要研究方向之一。

基于此，本书在调查研究区地质水文的基础上，研究了黄土和改性土工程性质，进一步讨论了相同降雨条件下不同坡度的黄土稳定影响因素;针对当地降雨的局部性、间歇性的特点，研究了降雨类型和间歇性对黄土边坡稳定性的影响。结合植被护坡的边坡治理措施，利用抗疏力固化剂(包括液剂 C444和粉剂SD)作为土壤固化剂形成抗疏力固化土，并对固化土植草在黄土边坡防治技术上的应用进行了研究、评估和分析。

1.1非饱和黄土力学特性的研究

1.1.1黄土抗剪特性的研究

抗剪强度参数与含水率之间的函数关系能客观地反映土体因环境改变而表现不同的强度特征。孙明祥川以铜川某工程项目为研究对象，研究了不同深度下黄土抗剪强度特征。结果表明，土体的抗剪强度以及抗剪强度参数随含水率呈现一定的规律性变化，黏聚力和内摩擦角均随含水率的增大而减小，只是不同深度下呈线性或非线性减小。抗剪强度参……

本学术著作以董志塬小崆峒沟坡为研究对象，综合野外调査、室内土工试验、室内模拟试验和仿真分析等方法，首先通过自主研发的人工降雨装置，对不同坡度黄土边坡降雨入渗规律进行了研究，并结合有限元软件分析了不同坡度的黄土边坡在降雨作用下的失效机制。其次，通过室内试验，分析了黄士及改性黄土的物理力学性质和微观结构特征，并开展了改性土植草试验，通过工程应用提出改性土植草生态护坡的关键技术指标。最后，利用有限元软件对降雨作用下不同护坡方式对黄土边坡的固坡效果进行了评价。