坡面沖刷

坡面沖刷是指降雨形成的坡面水流破壞邊坡坡面，並沖走坡面表層土體的現象。

基本介紹

• 中文名：坡面沖刷
• 外文名：Sloping surface scour 
• 原因：降雨
• 結果：沖走坡面表層土
• 影響因素1：流量
• 影響因素2：坡度

坡面沖刷研究現狀

坡面沖刷研究很早就已經開始，經歷了將近幾十年的發展歷程，科學界對坡面沖刷已經形成了相對比較全面的認識。國內外對坡面沖刷進行了大量的研究。以坡面的流速研究為例，不同學者通過各自的研究得到了不同的坡面流速公式。1978-1988年江忠善在全面收集國內外坡面流流速的基礎上，結合自己的試驗數據，統計分析，得到黃土區坡面流速公式。Guy等人系統地研究了坡面流流速的影響因素，Foster首次利用模擬細溝模擬了流速與坡度相互關係，Govesrs做了相關的室內試驗提出了坡度、流量、流速的函式關係。

表中，q為單寬流量，S為坡度，C、a、b為常數，r為水流比重，u為粘滯係數，Q為流量。

在坡面沖刷方面，大致分為三種觀點：

（1）沖刷與流量和坡度都有關，且流量對流速的影響大於坡度。

（2）沖刷與坡度無關，僅是流量的簡單函式。

（3）坡面沖刷中，流速沿細溝呈常態分配，主要受流量和坡度的影響且坡度的影響大於流量。通過分析發現：“坡度的影響大於流量對坡面沖刷的影響”是目前主要的研究趨勢。

坡面沖刷機理

坡面沖刷過程包括降雨濺擊和徑流沖刷引起土顆粒分離、泥沙轉移和沉積三大過程，其中徑流沖刷占據主導地位。降雨濺擊是形成沖刷的最初形式。當雨滴平均落速達到一定值時，土顆粒受到侵蝕而濺起，又分為乾濺階段、泥濺階段和層狀侵蝕階段。雨滴落速繼續增大到一定程度時，隨著水流的繼續增大，在坡度較陡的坡面上，形成了水深較淺的溝狀徑流。隨著水流的繼續增大，向下不斷地將侵蝕土壤分離、游離形成泥沙。

水流中土的受力分析

坡面沖刷產生時，坡面上的土顆粒受到自身重力、粒間粘結力、滲透壓力等多個力的相互作用，土顆粒的運動形式表現為穩定狀態轉為運動狀態、遷移、趨於穩定沉積。主要體現在：

（1）土顆粒浮容重。即土顆粒在水流中受到自身重力和水浮力的雙重作用下，形成的合力。

（2）滲透壓力。土壤自身具備一定的滲透性，當雨水流經土壤時，部分水流會入滲進入土壤，產生與入滲方向一致的滲透壓力。

（3）土顆粒間的離散力。土顆粒運動過程中，不同顆粒運動方向不一致，相互摩擦碰撞，產生相互作用力，即為土顆粒間的離散力。除此以外，坡面滑動需要一個初始起動力。當水流速度達到能使坡面活動的起始速度時，便產生了坡面滑動滑坡。

路基坡面沖刷強度

坡面沖刷強度可看作坡面流的沖刷能力，包括推移沖刷（土中粒徑較大部分）和懸移沖刷（土中粒徑較小部分）兩部分。故而產生了坡面流推移沖刷能力和坡面流懸移沖刷能力。顆粒在水流中以沉速ω下沉，但懸移質的重心作為一個整體基本保持在一定高程，這意味著水流必須以ω的速度將顆粒群舉起。

坡面沖刷防護措施

對於坡面沖刷防護而言，工程中常用的防護技術可分為工程防護、植被防護和綜合防護三類。工程防護以土工結構物為主要防護措施，穩定性較高，但對自然生態的破壞特別嚴重；植物防護以栽種植物，利用植物的相關特性達到防護的目的，但對植物的要求較高，同時受地域影響比較重；綜合防護是將工程防護和植物防護相結合，兼顧了邊坡加固、邊坡水土保持及生態恢復，效果比較顯著。