维普资讯 http://www.cqvip.com 张鹏等：风沙路基边坡冲刷影响因素认知分析 ・５９・ 风沙路基边坡冲刷影响因素认知分析 张鹏 田建文 （长安大学公路学院陕西西安７１００６８；陕西交通职业技术学院）（榆林路桥勘察设计院） 摘要基于毛乌素沙漠公路路基边坡冲刷情况实地调查成果，分析了与边坡冲刷相关的风沙物 理性质、降雨、边坡坡长、坡度和高度、植被以及边坡防护等影响因素，提出风沙物理性质和降雨是 边坡冲刷主要影响因素，建议沙漠公路建设管理中应重视和做好路基排水。 关键词 沙漠公路路基边坡 冲刷 影响因素认知分析 沙漠 １ 引言 风沙物理性质是影响边坡冲刷的内因，是起决定 目前，沙漠公路是我国西部地区特殊环境下公路 性作用的因素。毛乌素沙漠风沙物理性质呈现出不稳 建设的主要类型之一，沙漠公路一般采用风沙路基。 定的特征：颗粒均匀，粒径很小（属于超细砂），空 长期以来，人们一直认为“风沙地区因降水量稀少且 隙率大，胶结物少，颗粒松散 。因此抗蚀性和抗冲 沙的渗水性好，一般不考虑设路基边沟和排水设 性均很差，坡面极易产生水力侵蚀现象。 施”…。事实上，这与客观情况并不能完全符合。如 由泥沙运动基本理论中得知 ，粒径越小起动流 分布在毛乌素沙漠的道路，雨后边坡出现严重水毁的 速越低（冲刷流速越低）；再由力学分析得知 ，坡 现象时常可见。工程经验已经证明路基水毁是沙漠公 面水流的冲刷能力与粒径呈正相关关系，粒径越小， 路常见的病害之一。为了更进一步地了解风沙边坡冲 很小的水流作用力就可以导致沙土搬移。毛乌素沙漠 刷现象，有针对地提出防治措施，通过对榆林市及周 边缘地区风沙粒径为０．１４～０．１８ ｍｍ，构筑的坡面很 边地区、分布于毛乌素沙漠的各级各类公路边坡状况 容易被水流冲刷。风沙中胶结物含量极少，成团性 实地调查，就影响风沙边坡冲刷的相关因素进行阐述 差，多呈松散，这也不利于沙土抗冲蚀。沙土空隙率 和讨论 大，流水易下渗，这反而有利于沙土整体稳定，这是 因为包裹沙颗粒水的表面张力能够使沙土成团，水流 ２影响风沙边坡冲刷的可能因素 下渗将沙土带动下沉密实。但这个有利作用非常小， 根据实地调查情况和相关理论 分析，边坡冲刷 与降雨、边坡土质、边坡坡度、坡长和高度、坡面植 足可忽略不计。 理论上讲，采用土壤改良措施（如加入一定量粘 被以及坡面防护等因素相关。对于一般路基而言，降 水强度越小，边坡土质越致密，边坡缓长，高度较 土等外掺材料）可以增大风沙的抗侵蚀能力，但由于 低，植被茂盛或表面防护，都对边坡抵抗冲刷有利。 工程数量庞大、建筑材料匮乏、工程投资骤增等原 而坡度、坡长、高度、植被及其他坡面防护等因素对 因，实际工程中难以实现。 边坡冲刷影响显著，故常采用放缓边坡和坡面处治的 ３．２ 降雨 措施防治冲刷 。但对于风沙路基边坡，从实地调查 有研究表明， “毛乌素沙漠是世界沙漠暴雨中 情况看，有的因素影响显著，有些因素关系不大。 心” 。降雨是风沙坡面侵蚀发生的动力，汇水面积 决定着坡面水流的流量和流速，是影响边坡冲刷最主 ３风沙边坡冲刷影响因素的分析认知 要的外因。降雨一方面直接打击坡面形成击溅侵蚀； ３．１风沙物理性质 另一方面形成坡面径流，冲刷边坡。 降雨类型不同，其表现的侵蚀能力不同，一般阵 张鹏，男，讲师，博士研究生。 雨较普雨来势猛，历时短，强度大。就一定的降雨强 其变形量较小，使得弹性理论的应用更为可靠，同时 ［２］陈国民．扁铲侧胀仪试验及其工程应用［Ｊ］．岩土工程学报，１９９９， 能得到连续地层剖面，可用于岩土工程的许多方面， ２１（２）：１７７—１８３． ［３］孟庆文，李树林．天津地铁岩土工程勘察现状及原位测试新技术的应用 对软土地层尤其适用。 ［Ｊ］．天津建设科技，２００１，（４）：９—１１． 扁铲侧胀试验得到土的物理力学参数与土工试验 ［４］樊向阳，陈波．扁铲侧胀试验估算地基承载力初探［Ｊ］．上海地质， 参数有很好的相关性，因而具有较高的实用参考价 ２００４，（４）：１５—２３． 值。但是扁铲试验的成果多是半经验性的，因此在实 ［５］张惠忠．扁铲侧胀仪在轨道交通工程中的应用研究［Ｊ］．地下工程与 隧道，２０００，１３（３）：１５—１８ 际应用时，应在参照国外成熟经验公式的基础上进行 ［６］李雄威，蒋刚，朱定华等．扁铲侧胀原位测试的应用与探讨［Ｊ］．岩 地区性经验修正。 石力学与工程学报，２００４，２３（１２）：２１１８—２１１２． 『７］Ｍａｒｃｈｅｔｔｉ Ｓ，Ｍｏｎａｃｏ Ｐ，Ｔｏｔａｎｉ Ｇ，ｅｔ ａｌ、ｔｈｅ ｆｌａｔ ｄｉｌａｔｏｍｅｔｅｒ ｔｅｓｔ（ＤＭＴ）ｉｎ ｓｏｉｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ［Ｒ］Ｔｈｅ ＩＳＳＭＧＥ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ＴＣＩ６，Ｂａｌｉ， 参考文献： Ｉｎｄｏｎｅｓｉａ，２００１． ［１］Ｍａｒｅｈｅｔｔｉ Ｓ．Ｉｎ ｓｉｔｕ ｔｅｓｔｓ ｂｙ ｆｌａｔ ｄｉｌａｔｏｍｅｔｅｒ［Ｊ］Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ 收稿１３期：２００７一Ｏ５—１４ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，ＡＳＣＥ，１９８０，１０６（３）：２９９—３２１． 维普资讯 http://www.cqvip.com ・６０・ 全国中文核心期刊 路基工程 ２００８年第３期（总第１３８期） 度而言，阵雨更易引起坡面侵蚀，特别是暴雨，强度 大、雨滴大，造成的侵蚀作用更强。 年降雨量大，可能侵蚀总量也大，边坡冲刷累积 越多，破坏后的恢复能力越差。毛乌素沙漠（榆林 市）年平均降水４００ ｍｍ左右，降水集中于７、８、９ 三个月，且主要以暴雨的形式出现。 降雨强度越大，汇水时间越短，冲刷作用越强， 边坡危害也越大。区域降雨强度可采用１９８３年收录 的、由西北建筑工程学院根据陕西榆林ｌ６年的降雨 资料，采用数理统计的方法，得出榆林及附近地区降 慢，短期难以形成有效的坡面遮蔽，且易被破坏，从 而不能达到理想的保护作用；其二，虽然沙漠植物根 系或深入地下或浅表外延很长，但主根为粗硬的单 根，很少分根，毛细根系极少，难以形成纵横交错的 根系网络，加之风沙颗粒松散、几无粘性，沙土不能 被抱结成团；其三，沙漠植物叶子较小，加上风的作 用，落叶不易在地表堆积，难以形成坡面上落叶的遮 蔽保护。现场调查中发现，遭受严重冲刷的边坡上植 被往往被破坏殆尽，沙土裸露。因此，植被对坡面抗 水流侵蚀的贡献十分有限，但考虑到防风固沙综合作 雨强度 为 ，一一 墨：丝（ ± ： ２ （ｔ＋９．４４） 式中，为降雨强度，ｍｍ／ｍｉｎ；Ｐ为设计降雨重现 期，ａ，可根据《公路路基设计规范》 取用；ｔ代表 降雨历时，ｒａｉｎ。 ３．３边坡坡度、坡长与高度 对一般土质的路基而言，边坡坡度、坡长和高度 是影响坡面冲刷的主要因素之一，且坡度越陡，水流 流速越快，冲刷越大；坡长越大，流速越快，汇水流 量越大，冲刷破坏越大；边坡高度越大，水力作用越 强，冲刷越显著。但是，对于风沙路基而言，不同的 坡度、坡长与高度对风沙边坡冲刷产生、发展以及最 终破坏的影响区别不明显，即这些因素并非风沙边坡 冲刷的主要因素。 现场对１：２和１：３两种坡度以及不同坡长、高 度的边坡进行调查比较，分析了风沙边坡冲刷区别于 一般路基边坡的原因。由于风沙边坡一方面极易被水 流冲刷，另一方面透水性强，径流沿途损失较大较 快。所以，当边坡缓长时，边坡上的冲沟一般在一定 高度上出现，迅速向上延伸，在路基边缘形成跌水向 下冲蚀，坡面下方淤积物沿坡面扇形分布；当边坡陡 短时，坡面冲刷冲沟自下而上整体分布，坡脚处淤积 物沿平面似扇形分布。如图１所示。但是，无论是那 种边坡情况，最终坡面冲沟都会延伸至路基边缘，形 成跌水冲蚀沟底，不断向下加深扩宽，导致路基悬 空，甚至坍塌破坏。 缓长边坡坡面冲刷情况 陡短边坡坡面冲刷情况 图１风沙边坡坡面冲刷形态图 ３．４植被 一般，茂密植被能增大坡面的粗糙度以及减小径 流系数，从而降低水流速度和流量，对保护边坡，提 高抗侵蚀能力，减少坡面破坏有着积极的影响。但 是，风沙边坡植被对边坡抗冲刷能力的贡献是有限 的。究其主要原因，一是沙漠植物较为脆弱，生长缓 用，仍然是一种环保的综合治理措施。可见，单纯采 用植物进行边坡冲刷防治并非高效，应以疏排水流为 主，植物防护仅作为辅助的措施适当考虑。 ３．５边坡防护 风沙路基坡面常采用混凝土预制块或砖石砌体框 格种草、粘土封闭、矿物捶面、卧式沙障（草方格） 和立式沙障等。这些防护设施设置的初衷是以防风固 沙为主，对于坡面冲刷的防护作用并不明显。 调查中看到，由于水流无孔不入，加上沙土颗粒 极细，在有水流冲刷的坡面上，砌体下方沙土被冲蚀 带走，结构悬空坍塌；粘土封闭和矿物捶面防护的边 坡，对坡面径流侵蚀的抵抗能力大大提高。然而这类 坡面植被很难成活生长，并有外力干扰（如行人踩踏 等活动）容易破坏。一旦某处出现冲沟并将下覆的风 沙暴露出来，冲蚀破坏会迅速扩展，甚至沿保护层下 流水侵蚀；沙障对水流不能形成有效的阻挡，反而因 冲刷会破坏。调查中这种情况比比皆是。因此，坡面 防护对风沙路基边坡影响不大，可以作为一种综合防 护措施使用，风沙坡面冲刷治理应以疏导排水为主。 ４结语 由本文分析可以得出结论，影响风沙边坡冲刷的 主要因素是风沙自身的物理性质和区域降水，其中风 沙性质是内因，降水是外因，外因通过内因而起作 用。边坡受水冲刷，进而出现冲刷冲沟后，边坡坡脚 向内收拢，路基边缘悬空，削弱了路基的稳定能力。 风沙边坡水毁的预防和治理，最主要的工作应是水流 的疏导排除。只有做好路基排水，有效地控制边坡冲 刷，防止水毁破坏，才能确保沙漠公路正常、安全 运营。 参考文献： ［１］潘多国，张福玲沙漠地区公路路基防护设计与施工［Ｊ］．内蒙古公路 与运输，２００１，（２） ［２］李志刚，王春辉．公路边坡冲刷机理初探［Ｊ］．理工大学学报 （自然科学版），２００３，（４）． ［３］邓学钧．路基路面工程［Ｍ］北京：人民交通出版社．２００２．９． ［４］王宏堂，卫志民．陕北沙漠特细砂混凝土配合比的应用研究［Ｊ］．建筑 技术，２００２，３３（１）． ［５］孙保平．荒漠化防治工程学［Ｍ］．北京：中国林业出版社，２０００．７． ［６］新华社呼和浩特７月１日专电．毛乌素沙漠是世界沙漠暴雨中心［Ｎ］． 伊犁Ｅｔ报（第三版），２００５． ［７］姚祖康．公路排水设计手册［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００２．１． ［８］中华人民共和国行业标准．公路路摹设计规范（ＪＴＧ Ｄ３０—２００４） ［Ｓ］．北京：人民交通出版社，２００４． 收稿日期：２００７—０４—２９
