干热河谷冲沟沟壁裂隙发育的土水作用机制及其对沟壁侵蚀的影响机理

干热河谷是长江上游产沙最为强烈的地区之一，冲沟发育是其中的一个重要原因，开展冲沟侵蚀研究对于江河泥沙的控制意义深远；其中，以崩塌为主的冲沟沟壁侵蚀，其产沙量占整个冲沟侵蚀产沙总量的50％以上，又是冲沟侵蚀研究中的重中之重。但是，迄今为止，有关冲沟沟壁侵蚀研究仍不够系统、深入。.申请者在科研实践中发现：冲沟沟壁土体在干湿交替过程中发生开裂，导致土体强度的降低并增大了其渗透性，为雨水入渗和水分蒸发提供了良好的通道，是沟壁侵蚀启动及加速沟壁崩塌的一个重要过程。.本研究通过面上调查、定位观测、模拟实验及室内分析方法，从冲沟沟壁土体的裂隙发育过程入手，研究干热河谷冲沟沟壁土体的裂隙发育对其渗透特性、渗透特性对其土体强度的影响和机理，在此基础上，评价裂隙发育对沟壁稳定性及崩塌发生的影响。本研究成果对于深入系统了解冲沟沟壁侵蚀的发生机制及冲沟治理具有重要的科研价值。

干热河谷是长江上游产沙最为强烈的地区之一，冲沟发育是其中的一个重要原因。其中，以崩塌为主的冲沟沟壁侵蚀，又是冲沟侵蚀研究中的重中之重。本项目研究干热河谷冲沟沟壁土体的裂隙发育对其渗透特性、渗透特性对其土体强度的影响和机理，在此基础上，评价裂隙发育对沟壁稳定性及崩塌发生的影响。研究成果可为深入揭示冲沟发育过程机制、量化其产沙贡献奠定基础，为冲沟治理实践提供理论支撑。. 取得的重要结果如下：. ①建立了冲沟裂隙形态的量化表征指标体系及分级标准:建立了能表征裂隙发育的强度特征、复杂性、连通性方面的量化表征指标体系；确定将裂隙面密度（Dc）作为分级指标，发育程度分为5级：微度、轻度、中度、强度和极强度。. ②查明了干热河谷典型土类裂隙发育的规律及其影响因子：不同土壤裂隙的最终发育强度不同：普通燥红土只能发育到微度，普通变性土、表蚀变性土等可发育到强度、极强度；不同土壤开裂过程中，其分形维数表征的复杂性在不断降低；裂缝连通度变化，随水分衰减逐步增强。控制裂隙发育的关键因子为：粘粒含量、膨胀收缩性。. ③查明了不同裂隙发育强度土体的入渗特性：初始入渗率，从微度中度强度不断增大且差异极为显著；稳定入渗率亦有同样的变化规律，但是裂隙发育轻度、中度和强度之间，差异不甚明显。. ④查明了不同裂隙发育强度土体的抗剪强度变化特征：微度和轻度：沟壁土体抗剪强度值总体上随深度递减；中度：表层（0cm）抗剪强度值要明显低于其余两层；强度：裂隙发育深度以下土层其抗剪强度要明显高于裂隙发育深度以内的土层；微度裂隙发育沟壁土体，其各层次的抗剪强度值均远远高于同层次的其他裂隙发育的土体；裂隙发育沟壁土体，其裂隙发育深度以下层次的抗剪强度明显高于裂隙发育深度内层次。. ⑤查明了土体强度特性随干湿循环次数的变化关系：黏聚力和干湿循环次数呈较好的反比例函数关系；内摩擦角和循环次数也呈较好的反比例函数关系，但降低率明显低于黏聚力；干湿交替作用裂隙产生、发展黏聚力和内摩擦角降低土体强度弱化. ⑥量化研究了裂隙发育对沟壁土体稳定性的影响，并建立了基于干热河谷裂隙发育状况及岩土特性的沟壁土体崩塌判别模式。沟壁稳定系数与土体的抗剪强度、抗拉强度成正比，与沟壁的纵向裂缝长度和侧向掏蚀距离成反比。两种崩塌类型的判别式分别为：剪切崩塌、倾倒崩塌。