王帥朋，趙一博，李文莉，寇發(fā)達(dá)

（黃河科技學(xué)院工學(xué)部，河南鄭州 450000）

0 引言

路基坡面沖刷是公路沿線上較為普遍的現(xiàn)象，在我國(guó)北部黃土區(qū)域修筑公路時(shí)，路線開(kāi)挖造成了自然侵蝕破壞現(xiàn)象的迅速化，進(jìn)而使坡面沖刷的過(guò)程縮短加快。與此同時(shí)，因?yàn)檫吰乱恢甭懵对谕饷?，其產(chǎn)生變形和被破壞等問(wèn)題的概率也大幅度的增加，尤其是水流的沖刷損壞問(wèn)題最為嚴(yán)重。因?yàn)樗鳑_刷所造成的邊坡?lián)p壞現(xiàn)象顯著提升，導(dǎo)致公路不能穩(wěn)定安全的使用，交通運(yùn)輸線路收到了一定的影響，并且使維修保養(yǎng)的成本增加。所以，對(duì)水流的沖刷防護(hù)進(jìn)行科學(xué)地設(shè)計(jì)、對(duì)危害造成的機(jī)理研究以及量化進(jìn)而提出有關(guān)的保護(hù)措施是必不可少的。

1 坡面沖刷研究現(xiàn)狀

對(duì)于水流坡面沖刷的探究實(shí)驗(yàn)在很久之前就早已開(kāi)展，此項(xiàng)研究通過(guò)近幾十年的發(fā)展和完善，目前我們對(duì)坡面沖刷問(wèn)題的發(fā)生早已有了較為整體和成熟的認(rèn)知。國(guó)際和國(guó)內(nèi)的學(xué)者對(duì)坡面沖刷都展開(kāi)了無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)和分析，以對(duì)坡面的水流速率問(wèn)題的分析來(lái)舉例，多數(shù)專家經(jīng)過(guò)自身無(wú)數(shù)的實(shí)驗(yàn)和總結(jié)獲得了各不相同的坡面水流速率表達(dá)式。1978 到1988 年江忠善在整體的綜合國(guó)內(nèi)與國(guó)際坡面流速的前提條件下，與其自身的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，并且整合研究獲得了黃土區(qū)域坡面水流速率表達(dá)式：V=2.0q0.5s0.35。Guy 等學(xué)者全面地分析了坡面流流速的作用元素，F(xiàn)oster 則第一次借助模擬細(xì)溝徑流進(jìn)行了無(wú)數(shù)次的沖刷實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而展現(xiàn)了流速和坡度之間的聯(lián)系，Govesrs 進(jìn)行了與之相關(guān)的文獻(xiàn)資料的收集和整理且表達(dá)出了坡度、流量、速率之間的聯(lián)系。

在坡面沖刷的影響因素問(wèn)題上，一般可以劃為三個(gè)觀點(diǎn)：

（1）它與流量以及坡度都有很大的關(guān)聯(lián)，并且流量對(duì)其產(chǎn)生的作用比坡度對(duì)其產(chǎn)生的作用要大。

（2）它和坡體角度的大小沒(méi)有關(guān)聯(lián)，只和流量的大小存在函數(shù)關(guān)系。

（3）在坡面沖刷這個(gè)問(wèn)題上，流速沿細(xì)溝呈現(xiàn)正態(tài)分布，一般與流量以及坡體角度的大小都存在一定的關(guān)聯(lián)，并且坡度對(duì)其產(chǎn)生的作用比流量要大。而大量資料顯示：坡體角度對(duì)其產(chǎn)生的作用大于流量對(duì)坡面沖刷程度產(chǎn)生的作用，是當(dāng)前重要的研究態(tài)勢(shì)。

2 坡面沖刷機(jī)理

坡面沖刷的進(jìn)程涵蓋了降水沖擊與徑流沖刷帶來(lái)的土顆粒分解、泥沙移位與沉積三個(gè)環(huán)節(jié)，這幾個(gè)環(huán)節(jié)中徑流沖刷所占的比重較大。降水沖擊是造成水流沖刷的初期模式，當(dāng)水滴的平均掉落速率達(dá)到了一定的程度，土顆粒由于遭受了沖擊而被激起，可以劃為干濺、泥濺以及層狀腐蝕三個(gè)時(shí)期。降水下降速率持續(xù)提高至一定數(shù)值時(shí)，伴隨水流的持續(xù)增加，在角度較大的坡面上，就呈現(xiàn)出了較小的溝形徑流。伴隨水流的持續(xù)增加，往下一直把侵蝕土顆粒分解、沖刷直至變成泥沙，如圖1 所示。

圖1 坡面沖刷機(jī)理

2.1 水流中土的受力研究

在形成坡面沖刷時(shí)，坡面上的土體受到自身重力、土體之間的黏結(jié)力、入滲壓力等多個(gè)方面之間的影響，土體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程變化從穩(wěn)定狀態(tài)變成運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、移動(dòng)、然后又開(kāi)始沉積。這一般表現(xiàn)為：

（1）分子浮容重。這是土體在沖刷時(shí)遭受自身重力與水的浮力兩項(xiàng)力的影響下所呈現(xiàn)的合力。

（2）入滲壓力。土質(zhì)自身具有一定程度的滲透性，當(dāng)水流通過(guò)土體時(shí)，少許水流會(huì)滲透至土體內(nèi)部，形成和滲透方向相同的入滲壓力。

（3）土體分子之間的離散力。土體分子移動(dòng)的過(guò)程中，不同分子的移動(dòng)方向也各不相同，之間產(chǎn)生碰撞進(jìn)而形成互相作用的力，這就是土體份子相互的離散力。

除上述原因之外，坡面的運(yùn)動(dòng)也要求一個(gè)起始的起動(dòng)力，當(dāng)水流速率能夠大到使坡體移動(dòng)的初始速度時(shí)，就導(dǎo)致了坡面移動(dòng)滑坡的現(xiàn)象。

2.2 路基坡面沖刷程度

坡面沖刷程度能夠當(dāng)作坡面流的沖刷性能，包括推移沖刷（土中個(gè)體徑略大的部分）以及懸移沖刷（土中個(gè)體徑略小的部分）兩個(gè)類型。因此造成了坡體流推移沖刷性能以及坡體流懸移沖刷性能。土質(zhì)個(gè)體在水流內(nèi)以沉速w 沉落，但懸移質(zhì)的重心是一個(gè)整體大致平衡在一定高程，這就代表了水流需要以w 的沉速把個(gè)體群托起。

3 坡面沖刷防護(hù)方式

在坡面沖刷的防護(hù)方面，工程中較為普遍的技術(shù)手段能大致分成工程防護(hù)、植被防護(hù)以及綜合防護(hù)幾個(gè)類型。工程方面以土工結(jié)構(gòu)物為重要的保護(hù)結(jié)構(gòu)，較為穩(wěn)定，但是這種方式對(duì)自然、生態(tài)的損害比較嚴(yán)重；植物保護(hù)手段以種植植物，借助植物的穩(wěn)定特征來(lái)進(jìn)行防護(hù)，但是需要達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)的植物，并且這類方式受地域制約較為嚴(yán)重；綜合防護(hù)是把工程技術(shù)與植物保護(hù)手段進(jìn)行融合，能夠做到邊坡穩(wěn)固、防止水土流失和保護(hù)自然生態(tài)，是比較全面的措施，如圖2 所示。

3.1 災(zāi)害治理

邊坡結(jié)構(gòu)是公路安全運(yùn)營(yíng)的保障，不同種類的邊坡結(jié)構(gòu)起到了不同的防護(hù)保護(hù)作用。公路是運(yùn)輸系統(tǒng)的重要組成部分，它的結(jié)構(gòu)功能和整體的區(qū)內(nèi)運(yùn)輸有著密切的聯(lián)系。因?yàn)楣饭こ探Y(jié)構(gòu)的特殊情況，所以在運(yùn)營(yíng)使其要重視保護(hù)和管理方面，較少坡面沖刷等現(xiàn)象的出現(xiàn)。所以，施工部門要重視實(shí)際的施工情況，制定科學(xué)完善的工程監(jiān)督管理機(jī)制，保障工程建設(shè)的質(zhì)量安全。

3.2 完善結(jié)構(gòu)

在公路工程中，需要對(duì)其實(shí)施監(jiān)督的方面有很多，需要結(jié)合工程實(shí)施區(qū)域的各種因素，制定科學(xué)合理的質(zhì)量監(jiān)督系統(tǒng)，進(jìn)而保障工程施工作業(yè)的平穩(wěn)運(yùn)行。在公路工程實(shí)際的施工作業(yè)中，混凝土結(jié)構(gòu)是較為主要的構(gòu)成元素，采用素混凝土、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土等性能穩(wěn)定的構(gòu)成元素，可以強(qiáng)化公路的抗害能力，并且達(dá)到大跨度運(yùn)輸?shù)男枨?。不過(guò)，因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)具有特殊性，實(shí)施階段要完善傳統(tǒng)的維護(hù)計(jì)劃，全方位多層次的對(duì)其性維護(hù)，保證其耐受性和穩(wěn)定性。

3.3 調(diào)整技術(shù)

從基礎(chǔ)方面對(duì)其進(jìn)行維護(hù)，有利于提高公路邊坡的穩(wěn)定性。比如，公路邊坡選擇現(xiàn)場(chǎng)施工技藝和技術(shù)規(guī)劃，為公路邊坡結(jié)構(gòu)基本工程的實(shí)施提供參考。所以，施工部門要綜合實(shí)際施工條件，嚴(yán)格按照要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，保證其施工技術(shù)和效果滿足要求。

3.4 積極檢測(cè)

相關(guān)部門需嚴(yán)格按照質(zhì)量監(jiān)管原則，發(fā)揮監(jiān)管作用以及在公路邊坡中的指導(dǎo)作用，對(duì)公路邊坡維護(hù)進(jìn)行全面的監(jiān)督指導(dǎo)。對(duì)于檢測(cè)到存在的弊端，要及時(shí)派遣專業(yè)人才開(kāi)展維修和搶救，以免對(duì)后期公路的運(yùn)營(yíng)埋下安全隱患。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）水流速率對(duì)公路的坡面沖刷發(fā)揮了重要作用。坡面流流速和公路坡面坡度以及坡面水流的流量有著直接的聯(lián)系。

（2）公路邊坡的坡面沖刷具有臨界條件。只有當(dāng)坡面上土達(dá)到啟動(dòng)拖曳力與啟動(dòng)速率的時(shí)候，才能夠?qū)е缕旅鏇_刷情況的發(fā)生。而且在沖刷的整個(gè)過(guò)程中，徑流的一般速率也不會(huì)持續(xù)伴隨坡面角度的提高而增加，而是具備某個(gè)臨界值，平均單寬徑流能耗在伴隨坡體角度的改變過(guò)程中也具備一定的臨界極值。