降雨作用下灌木植被护坡的水文效应模型试验研究

摘要

因西南山区地形条件复杂，在交通基础设施建设中形成了许多工程边坡，破坏了植被覆盖层，造成生态系统退化，容易诱发地质灾害。工程护坡技术可提高边坡稳定性，有效减少滑坡等地质灾害的发生，但大多无法提供植物生长环境，因此生态保护效果差。为恢复生态，植被护坡技术应运而生。目前对植被护坡的研究多集中在根系对边坡的力学加固机理上，对植被的水文效应研究较少。而水文效应的研究又多集中在关心水土保持的农林业方面，对于植物吸水、植被覆盖土体含水量和基质吸力关系的研究较少。室内试验和野外观测表明植被覆盖土可保持较高的基质吸力，而基质吸力会影响土体的强度和导水性，因此有必要进一步了解护坡植被在边坡稳定性中的水文作用。　　本文将种有灌木的无限边坡模型作为研究对象，采用室内人工降雨手段，通过植被边坡与无植被裸坡对比的方式，对边坡植被的水文效应进行了研究，得到了二者坡体内部含水量和基质吸力的变化规律，以及灌木在降雨分流过程中起到的作用。研究结果表明：因植被冠层的汇水作用，植被边坡更易出现地表径流；灌木植物根系(根茎、粗大主根等)与土的交界面会成为降雨入渗的优先通道，使雨水入渗快于裸土，但随坡度增加，这种优先流效应会因沿坡面方向的渗流影响而减弱；与无植被裸坡相比，植被坡水土特征曲线的进气值更大，土体孔隙分布均匀性差，残余含水量更大，持水能力更强。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2.1 入渗模型研究现状

1.2.2 边坡降雨入渗研究现状

1.2.3 护坡植被水文效应研究现状

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.3.3 技术路线

第2章 植被护坡的非饱和理论

2.1 植被护坡的理论基础

2.1.1 土的吸力

2.1.2 非饱和土抗剪强度

2.2 植物根系吸水模型

2.2.1 非饱和土中孔隙水运移

2.2.2 根系吸水理论方程

第3章 植被边坡降雨模型试验介绍

3.1.1 试验用土

3.1.2 降雨参数

3.1.3 模型尺寸

3.1.4 植物移栽方案

3.1.5 测点布置

3.1.6 试验工况

3.2 人工降雨装置

3.2.1 人工降雨装置选型

3.2.2 人工降雨装置制作

3.2.3 人工降雨装置测试

3.3.1 框架制作

3.3.2 框架组装及密封

3.4 监测系统

3.4.1 含水量监测

3.4.2 基质吸力监测

3.4.3 地表径流收集

3.4.4 边坡排水量监测

3.4.5 边坡水分增量监测

3.4.6 坡体侧面观测

3.5 试验模型建立

3.6 小结

第4章 降雨作用下植被边坡的水文效应

4.1 植被对降雨分流的影响

4.1.1 坡面地表径流对比分析

4.1.2 坡内水分增量对比分析

4.1.3 边坡坡脚排水对比分析

4.2.1 含水量变化整体规律

4.2.2 降雨阶段含水量变化分析

4.2.3 非降雨阶段含水量变化分析

4.3.1 基质吸力变化整体规律

4.3.2 降雨阶段基质吸力变化分析

4.3.3 非降雨阶段基质吸力变化分析

4.4.1 水土特征曲线

4.4.2 非饱和渗透系数

4.5 小结

结论与展望

致 谢

参考文献