论文部分内容阅读
坡改梯是黄土高原地区最重要的治理水土流失措施之一,是保障黄土高原地区农业生产以及粮食安全的必然选择。但由于极端降雨频繁发生,尤其是2013年7月延安地区发生了1000年一遇特大暴雨,造成梯田大面积垮塌,针对这一现象,本文以黄土区梯田为研究对象,分析了2013年7月延河流域降雨特征,研究了梯田损毁情况及原因,并结合室内试验和Geostudio数值模拟分析了梯田边坡在降雨作用下垮塌失稳的过程。研究结果有助于探讨降雨对梯田边坡垮塌的影响机理,为黄土区梯田抵御极端降雨措施提供科学理论依据。主要结果如下:(1)梯田设计及耕作利用方式影响梯田安全稳定性。通过对2013年7月暴雨损毁梯田调查,燕沟流域梯田损毁率达69.87%,梯田垮塌严重。不同田面宽度、田埂高度、土地利用方式抵御暴雨能力不同,高度大于10cm的田埂比小于10cm的田埂御灾害性暴雨能力更强;梯田田面宽度5~10m的宽梯田比田面宽度0~5m的窄梯田抵御灾害性暴雨能力更强;梯田不同耕作利用方式抵御灾害性暴雨能力依次为:玉米>杂粮>果树。(2)室内人工降雨试验表明,在降雨强度150mm/h,降雨量为750mm条件下,梯田边坡垮塌类型为浅层垮塌,梯田边坡在整个降雨过程中依次出现了面状侵蚀、田面积水、积水漫过田埂形成跌坎、跌坎贯通形成侵蚀沟、整体垮塌五个阶段。随着降雨持续,梯田边坡入渗率从78.9%降为25%、含水率升从7.86%增加到36.3%、孔隙水压力从0Kpa增大为3.6Kpa、土壤吸力从14.6Kpa降为7.4Kpa;降雨结束后,坡中、坡脚、坡顶位移依次减小,分别为15.5cm、6cm、3.2cm。(3)通过数值模拟发现,梯田内部土体的孔隙水压力、有效应力、位移均与降雨强度和降雨历时呈正相关关系。比较三种降雨强度(30mm/d、90mm/d和150mm/d)可知,降雨时间相同时,雨强越大,梯田边坡内部土体孔隙水压力、有效应力和位移增加就越快,影响深度0~3m,且只有降雨历时较长的情况下,变化才明显。(4)坡地与坡改梯最小安全系数随降雨持时变化趋势相同,均随降雨历时的增大而减小,坡地表现出更好的稳定性。在雨强分别为30mm/d、90mm/d和150mm/d条件下,坡地抵御降雨的时间分别为20d、11d和9d,坡改梯抵御降雨的时间分别为17d、9d和5d,原因是坡改梯增大了入渗面积、单级梯田边坡坡度。