低等级公路路基边坡径流侵蚀特征分析

0 引言

路基的破坏形式多种多样, 最多见的就是道路表面雨水冲刷所造成的土体崩解现象[1-2]。 受到建设资金的限制,并且考虑到设计及施工水平普遍不高、道路维护手段缺乏, 我国的农村低等级道路建设常常会发生路基土体被径流侵蚀而造成破坏的现象。 尤其是处于夏季雨水较多的时节, 低等级路面路基边坡在长时间的路面径流雨水侵蚀下,经常发生稳定性不足的现象。因此,为了提升低等级路面的道路使用性能, 并减少重复的维修工作造成的经济投入,要加强对雨水对低等级的侵蚀影响。 路基边坡土体流失的原因主要是在于路基边坡在短时间内受到路面径流雨水的大规模冲刷作用, 由此导致原本稳固的土壤颗粒发生崩解现象, 被随后而来的径流携带流失,并且会不断加剧[3-4]。 如果忽略这一影响因素,任由低等级路面边坡土壤颗粒受到不断的冲刷,而不加以维护,将会严重影响路面的路用性能。

低等级公路路面边坡受到地面径流冲刷产生破坏的现象不止常见于我国,国外同样也存在着这一问题,为此,国内外学者对其展开了深入的研究。 国外研究将土壤侵蚀分为可分性和便携性[5]。 朱显谟[6]将土壤被侵蚀的特性叫做土壤抗侵蚀性, 具体上又称为土壤的抗蚀性和抗冲性。 抗冲性指的是土壤抵抗水对土壤颗粒的物理破坏,抗蚀性是指土壤防止水对最外层的土体的离散作用[7]。而道路雨水对低等级公路路基边坡产生的破坏作用分为两大类,一是水对土壤颗粒的物理破坏,二是水对土壤颗粒的分散悬浮作用,两者同一时间都存在。 路基坡面侵蚀过程并非是一个简单的作用效果, 其整个过程和效果将会是多方面综合作用的结果[8]。植被面积、土体颗粒性质、降水大小、边坡坡度、汇水面积、以及土体的最初含水率等等都会对低等级路面边坡土壤颗粒受到径流汇水效果产生影响[9]。

路基边坡的侵蚀强度受水力因素和土壤因素的影响。 本文的室内试验用于再现路基边坡的侵蚀过程,有助于揭示边坡侵蚀的机理,分析侵蚀强度的影响。 在此基础上,探讨了路面侵蚀和侵蚀破坏的防治。 研究了道路径流汇水冲刷低等级道路边坡的影响强度, 并对其产生的破坏机理进行了分析, 将会对路基边坡低稳定性引起的山体滑坡等灾害防治提供指导价值。 研究结果可为公路边坡的侵蚀防护找到经济有效的保护措施。

1 试验模型

1.1 试验背景

低等级路面因各方面原因,很容易发生路基边坡土体的侵蚀冲刷问题, 如果不对此加以重视将会影响到正常的路面运输功能, 甚至可能会导致泥石流以及山体滑坡等自然灾害,造成难以估量的财产经济损失。 为研究低等级公路路面径流汇水对路基边坡侵蚀的影响,进行了实地调查,该调查是在某城市的农村公路上进行。

1.2 试验目标

本文进行了低等级公路路基侵蚀室内模拟试验,旨在得到路基边坡受到路面径流汇水侵蚀机理, 并对侵蚀程度受土体颗粒性质的影响效果进行分析, 进行了以下的室内试验。

(1)以路基边坡土体的压实度作为变量,研究其对土体侵蚀破坏强度的影响；

(2)以路基边坡土体的土体颗粒性质作为变量,并控制其压实度与上述实验内容中保持一致, 从而研究其对土体侵蚀破坏强度的影响。

1.3 模型设计与制作

因试验条件所限,以1.0∶1.6 的斜率来提出实验模型。该试验模型分为两大部分, 分别是低等级公路边坡的土体分布区以及冲刷雨水汇水区； 实验模型的主要构成材料是水泥砖砌筑,整体长度为2.0m,宽度为0.8m,高度为1.5m。 供水设备将水运到冲刷雨水汇水区水箱,然后从水箱间隙冲到模拟路基边坡,从而达到冲刷坡面的效果；填充槽壁上刻有记录点, 便于在测试过程中记录侵蚀状况,测试模型如图1 所示。

图1 测试模型示意图

2 试验土样状况

针对不同土坡的侵蚀, 考虑到不同类型土壤的土体颗粒性质以及抗侵蚀能力对实验结果的影响。 本实验取用两种的土壤颗粒类型的土体进行室内模拟实验。 所选用土壤样本取自某二级公路工程的粘性土和砂性土。

2.1 试验模型内填土

在模型每层将测试土壤样品撒上并均匀混合, 使土壤样品的水分含量接近压实的最佳水分含量, 并填充该层。每层填充约15cm,并用橡皮锤敲打。 在锤击过程中应保持每个锤击压力程度基本相同。 锤击的强度和数量根据所需的压实程度进行调整, 从而确保实验模型中的土壤样本压实程度处于同一水平。 为了避免产生土体样本层间相对滑动现象, 要先处理好上一层土体的表面后方可继续再填充下一层。 完成整体的填充工作后,还要对坡面适当处理。 完成上一项工作后,用环形切割器取斜坡边缘的土壤,测量土体颗粒性质指标；同时不能忽略采样而产生的坑槽要将其补平, 并保证坑槽处补平后的压实度与之前保持一致。

文章来源：《土壤》 网址: http://www.trqks.cn/qikandaodu/2021/0717/1419.html