固化剂对提高黄土边坡坡面抗冲刷性的试验研究.docx

固化剂对提高黄土边坡坡面抗冲刷性的试验研究 张丽萍+孙强摘 要：文章利用人工模拟边坡冲刷试验研究了固化土坡面和对照坡面产流产沙的变化特征结果表明：固化土坡面含沙量显著低于对照坡面，随着固化剂掺量的增加和养护龄期的延长，含沙量呈递减趋势各处理的产沙量与径流量之间存在很好的线性关系，其抗冲刷能力为0.1%（30d）固化土坡面>0.1%（20d）固化土坡面>0.1%（10d）固化土坡面>0.01%（10d）固化土坡面>对照坡面关键词：固化土；坡面；含沙量土壤改良剂及固化剂作为一种性能优良的土工复合材料被广泛应用于改良土壤表层结构、提高土壤稳定性及入渗性上国内外学者Vacher C A[1]、冯浩[2]、雷廷武[3]、吴淑芳[4]等在这方面做了大量研究汪益敏[5]开发了一种固化剂用于边坡冲刷防护与加固但对于固化剂对坡面土体抗冲刷性的影响和防护效果还未有人做系统的研究本文利用人工模拟边坡冲刷试验研究了加入EN-1固化剂后，固化土坡面和对照坡面含沙量的变化规律及产沙-径流量之间的关系，为更好地将固化剂应用于边坡防护及稳定方面提供理论基础1 材料与方法供试土壤为黄土，取自陕西杨陵，深度范围为10～100cm，属粉质粘土，比重2.71，颗粒组成：砂粒3.4%，粉粒59.1%，黏粒37.5%，最优含水率18.9%，最大干容重1.68g/cm3。

试验前将土样混匀风干，过0.5cm筛备用固化剂采用EN-1，是一种不挥发、不燃烧、溶于水、有刺激性和腐蚀性的黑色液体它可以通过离子交换作用破坏土壤结构，使粘土胶体颗粒聚结，提高土粒间的联结强度和水稳性，使土易于压实，形成结构稳定的整体板块，从而改良土壤物理、机械、力学性能人工模拟边坡装置由供水设备、溢流箱和冲刷槽（长2m，宽0.5m，高0.5m）组成供水设备和溢流箱能够保证薄层水流均匀稳定的进入冲刷槽，下端的出水口用于盛接徑流量和土壤侵蚀量试验因素包括固化剂掺量（0.01%、0.1%，与干土质量比）和养护龄期（10d、20d、30d），试验坡度为40，放水流量为200L/h，土壤压实度为0.85；当掺量为变量时，养护龄期为10d，当养护龄期为变量时，固化剂掺量为0.1%，每个处理两组重复，且以不施加固化剂的坡面作为对照按照固化剂设计掺量称取固化剂并溶于水中，将水分层洒在土壤上，盖上塑料布并静置24h后拌合均匀，测定土壤含水率，根据土槽容积和所需压实度计算装填土量，将固化土分层填入冲刷槽并将其夯实，然后用塑料布覆盖进行养护待养护到设计龄期时进行冲刷试验冲刷时间为30min，试验开始后，记录产流时间，产流5min内，每1min在收集1次径流泥沙样，5min后每隔3min取1次样，每次取样时间为1min，试验结束后用烘干法测定泥沙量。

2 结果及分析2.1 EN-1固化剂掺量和龄期对坡面含沙量的影响单位体积径流挟带的泥沙量为含沙量，它可以反映坡面侵蚀的大小经试验得出不同固化剂掺量和养护龄期下固化土坡面和对照坡面含沙量随冲刷时间的变化曲线见图1所示养护龄期为10d时，0.01%、0.1%固化土坡面和对照坡面在产流初期含沙量较高，随着冲刷历时的延长呈下降并相对稳定的趋势在坡度和放水流量较大的情况下，径流冲刷能力强坡面表土层不断充水达到饱和，造成土壤粘聚力下降，坡顶土体首先被侵蚀崩解形成的碎屑、颗粒在重力侵蚀及很小的水流冲击作用下发生大规模的整体顺坡流动，使得冲刷试验一开始含沙量很高，坡顶很快被冲出短的细沟，随着侵蚀的持续不断加深、加宽和延长当细沟发展到一定程度时，坡面中下部的侵蚀也逐渐加剧并形成小短沟，沟中水流对沟壁不断地冲刷、侵蚀和剥离，引起了含沙量曲线呈现波状起伏待坡面细沟或冲沟形态条件不再发生明显变化时侵蚀能力趋于稳定状态，含沙量变化趋于平缓0.01%和0.1%固化土坡面含沙量显著低于对照坡面38.8%和52.15%，说明加入EN-1固化剂后，土体抗冲刷性有了显著提高，固化剂掺量的越大，坡面含沙量越小固化剂掺量为0.1%时，20d、30d固化土坡面含沙量与10d的相比分别降低了88.7%和89.9%且差异显著。

20d和30d固化土坡面含沙量之间相差不大，差异不显著表明土壤中加入固化剂后，必须经过一定的时间养护，才能达到很好的抗冲刷效果，养护龄期越长，侵蚀量越小，抗冲刷效果越明显，养护20d时，侵蚀量基本上趋向于稳定2.2 EN-1固化剂掺量和龄期对坡面径流产沙关系的影响固化土坡面产沙量较对照显著减小（见图2），掺量越大，龄期越长，产沙量减小幅度越大建立不同流量条件下径流产沙的经验方程见表2，式中S为产沙量（kg），W为径流量（L），可得：不同掺量、龄期固化土和对照坡面产沙量与径流量之间存在很好的线性关系拟合直线的斜率可以反映出固化土坡面和对照坡面的侵蚀程度，斜率越小，含沙量越小，坡面抗冲刷力越强将其进行排序得出各处理坡面抗冲刷能力大小为：0.1%（30d）>0.1%（20d）>0.1%（10d）>0.01%（10d）>对照3 结束语不同掺量固化土和对照坡面在冲刷初期含沙量最大，随后呈下降趋势并最终趋于稳定掺量越大，龄期越长，含沙量越小，当龄期为20d时，含沙量趋于稳定固化土和对照坡面产沙量与径流量之间存在很好的线性关系各坡面抗冲刷能力为0.1%，30d>0.1%，20d>0.1%，10d>0.01%，10d>对照。

参考文献[1]Vacher C A， Loch R J， Raine S R. Effect of polyacrylamide additions on infiltration and erosion of disturbed lands. Aust J Soil Res， 2003，41：1509-1520.[2]冯浩，吴普特，黄占斌.聚丙烯酰胺（PAM）对黄土坡地产流产沙过程的影响[J].农业工程学报，2001，17（5）：48-51.[3]雷廷武，唐泽军，张晴雯.聚丙烯酰胺增加土壤降雨入渗减少侵蚀的模拟试验研究Ⅱ.侵蚀[J].土壤学报，2003（3）：178-185.[4]吴淑芳，吴普特，冯浩，等.高分子聚合物防治坡地土壤侵蚀模拟试验研究[J].农业工程学报，2004（2）：20-23.[5]汪益敏.路基边坡坡面冲刷特性与加固材料性能研究[D].广州：华南理工大学，2003. -全文完-。