汪锦文

摘 要：为了研究新生代红砂岩边坡坡面冲刷规律，在池州市九华山机场附近，选取典型的新生代红砂岩边坡，进行控制坡度及降雨量的边坡冲刷试验，观察边坡的破坏形态并且称量坡底残积物的重量.试验结果表明：新生代红砂岩边坡冲刷过程主要分为三个阶段，分别是表面侵蚀阶段、细沟形成阶段、细沟发育成熟阶段;对坡面冲沟几何形态进行编录，随着坡度的增大及降雨强度的增大，冲沟的发育时间减小，冲沟的几何尺寸随之增大;对坡底冲积物进行称量，随着坡度的增大，冲积物的重量越小，随着降雨强度的增大，冲积物重量越大.

关键词：新生代红砂岩;原位试验;边坡冲刷

中图分类号：TU454  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2020）08-0036-03

1 引言

红砂岩沉积是一种典型的内陆湖相沉积.由于红层中所含的可溶性盐较多，可认为该地区红层是在相对封闭、相对干燥的内流盆地的环境中堆积形成的.而在后期，湖盆淤积，盆底抬升，湖水外泻，加之气候炎热干燥造成湖水蒸发加剧，从而导致湖泊退化[1，2].红层的红色主要是高价铁十相对富集而成的，这个富集过程必须要有足够的淋溶作用，因此红层形成的古气候环境是亚热带半干旱气候或干湿季气候.皖江上游地区的新生代红砂岩由于成岩时间晚，岩石胶结差，有的为半胶结状态，胶结物大都为泥质成分.新生代红砂岩强度低，遇水后易发生软化、崩解[3，4]，发育泥化夹层和层间软弱面，新生代红砂岩经常会发生岩体边坡抗滑稳定等工程地质问题.因此，对新生代红砂岩的边坡进行冲刷试验研究是有必要的.

李志刚、刘建民[5，6]依托徐连高速公路路堤边坡进行模拟降雨冲刷试验，建立了公路冲刷模型，张雁、高树增[7]通过控制边坡坡率进行黄土边坡冲刷试验，得到黄土边坡冲蚀泥沙量与坡率的关系.郑晓城[8]对红砂岩边坡进行了模拟降雨冲刷试验，并提出了相应的保护措施.

由于室内试验和现场存在较大的差距，得出的结论往往不能反映真实情况，因此在池州市九华山机场通道附近选取典型的新生代红砂岩边坡，在现场进行新生代红砂岩边坡的冲刷试验.

2 试验程序

2.1 试验方案

为研究新生代红砂岩边坡坡面冲刷规律，分析坡面冲刷产沙的影响因素，在原状新生代红砂岩边坡上削出不同坡度的边坡，模拟不同强度的降雨条件，观测边坡的侵蚀情况，并称取坡底冲沙的质量.

设计9组试验，A组坡度为10°，B组坡度为20°，C组坡度为30°，试体的尺寸为40×120cm，每组分别控制不同的降雨量1、1/3、1/6L/min，各分为3组试验，试验工况如下.

2.2 试验程序

试验进行过程中，首先，在同一处红砂岩边坡中选取合适位置，开挖并修整边坡至合适的试验区坡度、面积，放线圈定试验区域.然后开始模拟降雨冲刷试验，通过均匀人工喷淋，控制降雨强度与降雨量，模拟自然降雨，观察边坡冲刷情况.测量并记录不同工况下，坡面产流时间、坡面冲沟宽度与深度等参数，并对坡面冲刷后冲积物进行称重.

（1）将试体圈出，并在坡地铺上彩条布，用钉子将彩条布边缘和胶带定在一起，标记试验区域并防止冲沙遗漏.

（2）试验开始，人工喷淋模拟降雨，观察边坡冲刷情况.

（3）试验初期，坡面流速较慢，表面土颗粒被水流带走，试体没有形成冲沟，坡面结构完整.

（4）试验中期，三组试体坡面都产生大量细沟，大量土颗粒被冲刷到彩条布上，试体胶结作用削弱，随着坡度的减小，降雨量的减少，试体坡面结构越完整，强度越高.

（5）试验末期，三组试体坡面冲沟深度及宽度都不断加深和拓宽，最终形成了若干贯穿整个坡面的冲沟，坡体结构发生破坏，红砂岩胶结作强度丧失，大量土颗粒被水流带走，在坡底形成堆积.

（6）对各试体的几何特征进行编录，并对冲积物进行称重.

3 试验结果分析

3.1 试体破坏

对整个试验过程进行观察，可以将坡面冲刷过程分为三个阶段.

（1）表面侵蚀阶段：坡面漫流，表面土颗粒被水流带走，没有形成明显冲沟，新生代红砂岩边坡坡面完整.

（2）细沟形成阶段：该阶段坡面形成大量细沟，岩土颗粒因为冲刷被大量带走，此时边坡已发生软化，强度急剧下降.

（3）细沟发育成熟阶段：该阶段细沟深度及宽度不断加深及拓宽，形成贯穿坡面的大冲沟，坡面结构完全破坏，边坡失稳.

3.2 试体冲刷结果

对试体冲沟进行几何尺寸编录并对坡底堆积物进行称重，得到结果如下.

绘制产流时间、冲积物质量、冲沟宽度、冲沟深度与坡度和降雨量的关系曲线.

分析红砂岩边坡冲刷条件下产流时间、冲积物质量、冲沟宽度与深度，可以得出：

（1）产流时间随着边坡坡度的增大而减小，基本与坡度呈线性相关，降雨强度越小，坡面产流时间随坡度的变化越明显，降雨强度越大，坡面产流时间越短，在降雨强度较小时，坡面产流时间变化速率较大，而当降雨强度达到一定程度时，坡面迅速产流，此时产流时间与降雨强度相关性不显著.

（2）冲积物质量随着坡度的增大而减小，当降雨强度较大时，冲积物质量随坡度增加而减小的更为显著;冲积物质量随降雨强度的增大而增大，随着降雨强度的增大，冲积物质量增加速率逐渐减小.

（3）坡面冲沟的宽度与深度随着坡度的增加而减小，随着降雨强度的增大而增大.

（4）坡度越大，冲积物质量、冲沟宽度与深度均越小，水流迅速运移，坡面冲刷效应越不显著，坡面破坏程度越低;降雨量越大，冲积物质量、冲沟宽度与深度均越大，水流对坡面冲刷效应越显著，坡面破坏程度越高.

4 结论

通过进行新生代红砂岩现场边坡冲刷试验，得到如下结论：

（1）新生代红砂岩边坡冲刷过程主要分为表面侵蚀、细沟形成、冲沟发育成熟三个阶段.

（2）坡度和降雨强度是影响红砂岩边坡冲刷作用的重要因素，降雨强度的相关性更高.

（3）坡面冲沟的数量及坡底堆积土的重量是评价新生代红砂岩边坡破坏水平的指标，对防灾减灾工作有一定的指导意义.

参考文献：

〔1〕董泽福，王阳平，朱自强.泥岩形成环境与其填筑路基工程性质的关系[J].中南工业大学学报，1998，17（01）：11-13.

〔2〕邱本仁，王海成，王培青.内陆河湖相沉积软（弱）土定名及其工程性能評价[J].西部探矿工程，2006，25（12）：30-31+33.

〔3〕吴迎雷，沈银斌，朱大勇，姚华彦，周玉新.皖南山区红砂岩崩解特性的试验研究[J].工程与建设，2015，29（01）：1-3+7.

〔4〕郑顺，易萍华，时宁.红砂岩崩解性试验研究[J].交通科技，2013，11（04）：101-104.

〔5〕李志刚，刘建民.路堤边坡冲刷量预测方法研究[J].华东公路，2003，43（06）：24-26.

〔6〕李志刚，刘建民.高等级公路路堤边坡冲刷防护临界高度野外模拟试验研究[J].公路，2003，19（10）：43-46.

〔7〕张雁，高树增，闫超群，黄升，刘彬，方新海，葛宜伦.降雨对黄土路基边坡的冲刷规律[J].中国地质灾害与防治学报，2017，28（04）：34-39.

〔8〕郑晓城.降雨条件下红砂岩边坡生态防护试验研究[J].公路与汽运，2013，21（01）：128-131.