铁路工程边坡水力侵蚀规律与评价方法研究

摘要

随着交通建设规模逐渐增大，其面临的生态环境压力日益增大，交通与环境的和谐可持续发展提上日程。土壤水力侵蚀是生态环境重要内容之一，交通工程边坡水力侵蚀的影响因素错综复杂，工程边坡水力侵蚀过程、侵蚀机理和因素影响规律研究工作相对滞后。如何准确地评估交通工程建设活动中造成的水力侵蚀量是目前交通工程环评研究的重要内容，如何正确地认识工程边坡水力侵蚀规律为边坡防护设计和施工提出合理建议也成为工程设计研究中的一个难题。工程边坡水力侵蚀将成为交通建设与环境保护研究的一个重要理论和技术问题。 基于以上背景，本论文依托2005年10月铁道部科技司项目“铁路建设对生态环境影响评价重点指标的研究”研究工作，以及北京交通大学铁路生态环境研究中心多年对铁路建设施工期水土流失的调查结果及水力侵蚀试验数据，本文以铁路工程边坡为主要研究对象，通过现场试验、理论分析、数值计算和评价方法研究等手段，系统地对铁路工程边坡次降雨侵蚀试验、水力侵蚀过程、影响因素规律、侵蚀计算模型、工程边坡水力侵蚀评价方法以及铁路路基边坡防护措施进行了研究和探讨。本文的主要研究内容和成果如下： （1）对我国水力侵蚀东北黑土区、南方红壤区、西北黄土区三大分区选取典型铁路工程边坡进行自然降雨侵蚀径流小区试验或沟蚀试验，补充了西南土石区和北方土石区铁路工程边坡人工降雨试验，给出了各类铁路工程边坡水土流失年侵蚀量范围。 （2）通过在甬台温铁路、秦沈铁路和内昆铁路的路堤边坡、路堑边坡、弃土场边坡、施工营地边坡、便道边坡的自然降雨或人工降雨侵蚀试验数据分析，给出了铁路各类工程边坡的次降雨侵蚀过程规律和铁路工程边坡水力侵蚀影响因素规律。 （3）分析了铁路工程边坡次降雨入渗和工程边坡产流运动方程，分析并建立了铁路工程边坡土壤侵蚀率方程，进而提出了铁路工程边坡水力侵蚀计算模型。通过计算机模拟，分析了诸多因素，包括降雨强度、渗透系数、土壤吸力、压实度、含水量、曼宁系数、坡度和坡长，对铁路工程边坡水力侵蚀中的产流时间、产流量和侵蚀率的影响规律。 （4）通过铁路工程边坡水力侵蚀机理分析，建立了铁路工程边坡水力侵蚀评价体系，给出了铁路工程边坡年降雨侵蚀定下评价方法，给出了铁路工程边坡年降雨侵蚀等级评价标准、铁路工程边坡次降雨侵蚀评价方法和评价标准，及次-年降雨侵蚀标准尺度变化关系，给出简易可行的铁路工程边坡加速侵蚀法和路基边坡土体年水土流失侵蚀量计算法。 （5）论文依据铁路工程防护后水土流失年侵蚀防护效果，结合次降雨规律评价标准，最后给出了路基边坡防护措施分析及建议。

目录

文摘

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致谢

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 问题的提出

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 交通工程边坡水力侵蚀模数量值

1.2.2 交通工程边坡水力侵蚀规律研究

1.2.3 边坡水土流失过程建模研究

1.2.4 交通工程边坡水土流失预测方法

1.2.5 交通工程边坡冲刷防护设计与研究现状

1.3 目前存在的问题

1.4 主要研究内容

第2章 铁路工程边坡水力侵蚀试验研究

2.1 铁路工程边坡水力侵蚀试验概况

2.1.1 试验概况

2.1.2 试验方法

2.2 铁路工程边坡水力侵蚀试验主要内容

2.2.1 红壤区甬台温铁路工程边坡水力侵蚀

2.2.2 北方土石区秦沈铁路工程边坡水力侵蚀

2.2.3 西南土石区内昆铁路工程边坡水力侵蚀

2.2.4 黑土区王万铁路工程边坡水力侵蚀

2.2.5 黄土区铁路工程边坡水力侵蚀

2.3 试验主要结果及规律

2.3.1 铁路工程边坡侵蚀现象及量值

2.3.2 铁路工程边坡侵蚀过程及影响规律

2.4 本章小结

第3章 铁路工程边坡次降雨侵蚀模型分析

3.1 铁路工程边坡次降雨入渗及产流分析

3.1.1 铁路工程边坡入渗分析

3.1.2 铁路工程边坡产流分析

3.2 铁路工程边坡次降雨侵蚀分析

3.2.1 铁路工程边坡侵蚀分析

3.2.2 铁路工程边坡侵蚀率参数分析

3.2.3 铁路工程边坡侵蚀率影响规律分析

3.2.4 铁路工程边坡侵蚀方程

3.3 本章小结

第4章 铁路工程边坡水力侵蚀计算与参数影响规律分析

4.1 模型组合

4.1.1 模型组合

4.1.2 参数选取

4.1.3 模拟计算

4.2 参数影响规律分析

4.2.1 降雨参数影响规律

4.2.2 土壤参数影响规律

4.2.3 表面形式参数影响规律

4.3 本章小结

第5章 铁路工程边坡水力侵蚀评价方法研究

5.1 铁路工程边坡水力侵蚀要素及评价体系

5.1.1 铁路工程边坡水力侵蚀要素

5.1.2 铁路工程边坡水力侵蚀评价体系

5.1.3 铁路工程边坡年降雨侵蚀定性评价方法

5.2 铁路工程边坡次降雨侵蚀评价方法

5.2.1 次-年降雨侵蚀转化方法探讨

5.2.2 铁路工程边坡次降雨侵蚀标准分析

5.3 铁路施工期水力侵蚀实用加速侵蚀因子评价法

5.3.1 铁路工程边坡土壤侵蚀

5.3.2 土壤因子参数确定

5.3.3 地形因子参数确定

5.3.4 作物管理因子和水土保持措施因子参数确定

5.3.5 铁路工程加速侵蚀因子计算表

5.4 路基边坡土体年水力侵蚀量计算法

5.4.1 路基边坡水流运动和土体受力分析

5.4.2 路基边坡土体冲刷分析

5.4.3 计算参数选取

5.4.4 计算与验证

5.5 本章小结

第6章 铁路工程边坡水力侵蚀防护效果和路基防护建议

6.1 铁路工程边坡水力侵蚀防护试验与规律

6.1.1 铁路工程边坡水力侵蚀防护试验

6.1.2 铁路工程边坡水力侵蚀防护效果规律

6.2 铁路路基边坡防护设计分析

6.2.1 填料设计分析

6.2.2 坡长坡度设计分析

6.2.3 曼宁系数及边坡绿化分析

6.3 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 本文主要结论及创新点

7.1.1 主要结论

7.1.2 论文创新点

7.2 进一步研究展望

参考文献

附表

附图

作者简历