黄土洞穴物理潜蚀机理试验研究

摘要

作为一种特殊的地质灾害，黄土洞穴对人类居住环境、工程活动危害十分巨大。它不但直接造成严重的水土流失，而且可加剧甚至于诱发地裂缝、泥石流、滑坡等灾害的发生与发展，最直观地表现在洞穴侵蚀造成的严重水土流失以及黄土洞穴对公路、铁路、油气输送管道、民居等工业与民用建筑等诸多方面的危害。因此对黄土洞穴物理潜蚀机理进行试验研究，具有重大的理论和实践意义。
　　 本文首先就目前国内外容易混淆的关于潜蚀及其相关概念进行了必要的辨析和澄清，通过对潜蚀、管涌、渗透压密、流土、突涌、流砂、地下冲蚀、洞穴侵蚀等各种潜蚀作用相关概念内涵和外延的严格界定，初步建立了清晰的各种潜蚀作用概念模型。在此基础上以管涌、渗透压密、流土、突涌等典型的潜蚀作用为主要对象，通过理论推导，对各种作用的激发条件及其影响因素进行了初步研究，对各种潜蚀作用的特征进行了全面总结，通过物理模拟和数值模拟，揭示了黄土地层突涌破坏的特征、流网形态及影响因素。针对黄土洞穴侵蚀速率开展了相关试验研究，将黄土洞穴侵蚀过程概化为快速侵蚀阶段、速率骤减阶段、慢速均匀侵蚀阶段及重力侵蚀阶段等四个特征阶段；定量揭示了初始干密度、初始含水率等因素与黄土洞穴侵蚀速率的关系；揭示了初始过水断面形态对黄土洞穴侵蚀特征的影响；发现黄土洞穴迅速侵蚀过程是以洞内跌水这种侵蚀方式为主的这一事实；首次明确了洞底侧蚀的特征及发生条件，指出洞底侧蚀侵蚀速率虽小，但就长远来看，意义重大；提出了黄土洞穴侵蚀基准面的概念；揭示了黄土洞穴侵蚀的“自适应趋稳特征”和“相对均衡状态”及其影响因素，指出洞穴的自适应趋稳特征是阶段性的和暂时性的，侵蚀是长期的和绝对的，而均衡状也是暂时的和相对的。