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砒砂岩是形成于中生代的一种厚层砂岩、砂页岩和泥岩组成的互层,主要分布在黄河中上游流域晋陕蒙接壤区。由于其成岩程度低,遇水则松软如烂泥,遇风则风化剥蚀,且当地是半干旱气候,降雨量少,暴雨集中,风沙大,植被稀少,坡面水土流失极为严重,生态环境脆弱,对自然、生态和环境的影响很大。目前主要的治理措施为工程和生物措施,但都存在一定的局限性,对砒砂岩坡面治理缺乏有效措施,因此亟需一种综合治理措施,以实现砒砂岩区的水土保持和生态恢复。本文针对砒砂岩的特点、水力侵蚀机理及前期的研究成果,首次提出了基于一种亲水聚氨酯材料(W-OH)的抗蚀促生技术,并开展了系统的研究。具体研究内容如下: 1)系统研究了砒砂岩的基本性能。研究了砒砂岩的主要化学组成、矿物组成、粒径分布、力学性能、营养物质成分、微观结构等特点,重点分析了其易受侵蚀的主要原因。 2)开发合成了一种亲水性聚氨酯(W-OH)材料。研究了其合成条件、粘度、凝胶固化机理,固化体抗拉强度、紫外耐久性、微观结构及安全性,得到了其主要合成工艺。该材料以水为固化剂,遇水反应可迅速形成具有一定力学强度的多孔柔性凝胶体,且具有高度的安全性。 3)系统研究了W-OH固结风化砒砂岩的抗蚀促生综合性能,并在此基础上提出了通过添加功能材料(如聚丙烯醇(PVA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)等)提升固结促生性能。开展了材料在砒砂岩中的渗透性能、浸润性性能,固结层的力学性能、抗水蚀性(水稳性指数K)、微观结构、紫外耐久性、保水、保肥及植被萎蔫试验,重点分析了W-OH对砒砂岩的固结和促生机理,得到了固结砒砂岩的适合浓度和喷洒量及耐久性的提升方案。 4)评价了固结层的抗水力侵蚀性能。开展了室内模拟冲刷试验、模拟降雨试验及现场模拟冲刷试验,重点分析了模拟冲刷试验中冲刷流量、坡度、W-OH浓度及喷洒量对径流量、产沙量、径流流速、雷诺数(Re)及弗劳德数(Fr)的影响,模拟降雨试验中降雨强度、坡度、植被覆盖率及W-OH浓度对径流量、产沙量及坡面形态的影响;探讨了降雨条件下侵蚀过程了,得到了坡面产沙量与各影响因素的回归关系方程。 5)开展了现场小区试验,建立了砒砂岩抗蚀促生技术体系,并进行了推广应用。在内蒙古准格尔旗的二老虎沟小流域,针对一个典型坡面,采用W-OH材料固结及材料措施对坡面进行了治理,并设置对比小区,重点观察和监测了其坡面形态变化、产沙量变化及植被恢复情况;研发了新型一体化施工设备,形成了抗蚀促生技术施工工艺,在砒砂岩区、福建崩岗区、黄河中下游河道沙土区、公路边坡等开展了工程应用。