黄土高原地区由于黄土结构疏松、水敏性强,且区域极端降雨天气频繁,灌溉、蓄水等人类活动日益加剧,致使区域地质灾害频发,给人类的生产生活和工程建设活动带来了一系列问题。近年来,随着国家西部大开发战略和“一带一路”的政策推进和实施,西北黄土地区人类工程活动日益频繁,诸如“固沟保塬”、“平山造城”、“植沟造地”等重大工程陆续在黄土高原地区开展。这些工程在实施过程中不可避免的因开挖堆填作业而产生大量填方边坡,这些边坡在进行防护时使用了不同的防护措施,其稳定性尚不明确,边坡防护效果有待评估。因此亟需研究在水动力作用下不同防护措施黄土填方边坡的失稳过程与机理,评估不同防护措施对黄土填方边坡稳定性的影响。许多学者基于室内试验、模型试验、现场试验或数值模拟试验对水动力作用下边坡变形破坏过程进行了研究,但对于不同防护措施下黄土填方边坡失稳过程的研究尚还不多。因此本文以不同防护措施的黄土填方边坡为研究对象,通过室内物理模型试验建立了不同防护措施的黄土填方边坡的室内模型,模拟了降雨作用和地下水抬升作用下不同防护措施的黄土填方边坡的失稳破坏过程,利用孔压传感器、水分传感器、3D激光扫描仪数据获取了边坡位移、孔压和含水率数据,以此总结了各类边坡的失稳破坏模式,分析了黄土填方边坡的失稳机理,并利用Geo-studio软件在模型试验的基础上开展了数值模拟。获得了以下结论:(1)降雨条件下不同防护类型的边坡其破坏程度和破坏类型各不相同。采用平整坡面处理的边坡最易受到破坏,在强降雨条件下极易发生坡面侵蚀、局部失稳甚至是整体失稳破坏。采用逐级放缓坡度进行防护的边坡不易发生整体失稳,但其坡面受水流的冲蚀破坏作用要比其他防护类型的边坡更为严重。采用阶梯加排水渠处理的边坡容易沿横向排水渠产生局部的块体滑塌,且滑面一般较深。(2)深部土体孔压响应幅度,拉张裂隙发育特征和坡面汇流作用的差异是导致不同防护措施下边坡失稳过程与模式不同的根本原因。在实际的防护工程中,应注意降低边坡土体的响应程度,防止深层拉张裂隙的发育,削弱坡面的汇流作用。(3)地下水抬升作用下黄土填方边坡的失稳模式为由底部黄土液化引发的流滑。与降雨诱发型滑坡相比,其对坡体破坏程度更大,滑面更深,滑坡滑距更远。底部土体软化液化和有效应力减小是地下水抬升诱发边坡失稳的主要原因。(4)数值模拟结果表明,采用逐级放缓坡度进行防护的边坡其坡脚处孔压变化幅度更大,变化区域也更广,但其最大剪应变相对于其他两类边坡更小,且最大剪应变等值线相对疏松,无等值线变化迅速区域。采用阶梯加排水渠处理的边坡,其孔压与最大剪应变变化均与坡面上的横向排水渠呈相关性,排水渠附近的土体孔压更高,剪应变变化曲线更密集。在地下水抬升作用下,边坡坡脚处会形成高孔压和高剪应变区域,使得坡脚部位成为边坡最容易发生剪切破坏和流滑的区域。