黄土高原植被坡面浅层滑坡发育过程及其启动机制

Shallow landslides occur frequently in vegetation-covered slopes and have become one of the outstanding ecological problems on the Loess Plateau. However, the development process and initiation mechanism on shallow landslides in vegetation-covered slopes are still unclear. This study will select the typical study area impacted by landslide on the Loess Plateau. The combination methods are adopted here based on UAV photogrammetry technology, field investigation, in situ monitoring, rainfall simulation experiments, triaxial test, and a mechanical model. The contents include: (1) to analyze the distribution characteristics and dominating factors of shallow landslide; (2) to analyze the development process of shallow landslide, to quantize relationship between water content, pore water pressure and sliding displacement, and to study the critical condition of the landslide occurrence; (3) to explore the change process of shear strength of root-soil composites under rainfall conditions, to quantize the difference of mechanical parameters between the root-soil composite and the lower soil, and to reveal the effect of the mechanical property of root-soil composites on shallow landslide; and (4) to analysis of distribution and change process of stability coefficient of vegetation-covered slopes during rainfall, and to reveal the instability process and initiation mechanism of shallow landslides in vegetation-covered slopes. The results have important strategic significance to control the shallow landslides and promote the ecological civilization on the Loess Plateau.

黄土高原植被坡面浅层滑坡侵蚀严重，已成为该地区植被恢复以来面临的最突出的新的生态环境问题之一。然而植被坡面浅层滑坡的发育过程及启动机制尚不明确。本项目选取黄土高原典型小流域进行研究，综合采用无人机摄影测量技术、现场调查、野外原位监测和模拟降雨试验、室内三轴试验以及力学模型等方法，系统研究植被坡面浅层滑坡特征及主控因子；分析降雨条件下植被坡面浅层滑坡的发育过程，建立含水量、孔隙水压力与滑动位移之间的定量关系，确定不同类型植被坡面滑坡发生的临界条件。在上述研究的基础上，探究降雨中不同植被根-土复合体抗剪强度的变化过程，量化滑动面上层的根-土复合体与下层土体的力学参数差异性，揭示根-土复合体的力学特性对浅层滑坡的影响程度；解析降雨中植被斜坡稳定性系数分布及变化过程，阐明植被坡面浅层滑坡的失稳过程和启动机制。研究成果对黄土高原浅层滑坡的防治和区域生态文明建设提供科学依据。

受极端降雨影响，高盖度斜坡上浅层滑坡成为目前土壤侵蚀的主要过程之一，是土壤侵蚀研究领域的热点、难点和前沿科学问题。黄土高原退耕还林、固沟保塬等措施实施后，目前“保塬”效果显著，但“固沟”效果并不理想。近年来，强降雨下植被发育沟坡出现了大面积、大范围、群发性的浅层滑坡，已成为该地区植被恢复以来面临的最突出的新的生态环境问题之一。因此，本项目采用无人机摄影测量技术、现场调查、模拟降雨试验和边坡模型评价等方法，研究植被坡面浅层滑坡特征及主控因子，分析降雨条件下植被坡面浅层滑坡的发育过程，阐明植被坡面浅层滑坡的失稳机制。获得主要结论如下：. （1）持续强降雨是诱发黄土高原群发性浅层滑坡的主要因子。南小河沟流域连续17天累计降雨量高达254.5 mm，占全年平均降雨量的46%，造成了群发性植被坡面浅层滑坡。. （2）植被坡面浅层滑坡具有群发性、规模小、深度浅等特征，且侵蚀深度与植被根深显著相关。植被覆盖的浅层滑坡属于小型滑坡，其长度、宽度和深度分别在0.5~70 m、3~31 m和0.2~4.3 m。植被主根的延伸深度决定了滑坡侵蚀深度，与植被主根延伸深度之间可用线性函数表示（y=1.0x+10，R2=0.82，P<0.001）。. （3）植被坡面浅层滑坡的滑动面上层根土复合体与下伏土体的土壤性质和根系特征差异显著（P＜0.05）。由于土壤性质的差异，在极端降雨下滑坡面上层土壤水分更快达到饱和（饱和度＞90%），导致浅层滑坡的发生。. （4）高植被盖度沟坡在强降雨诱导下均发生了浅层滑坡，滑坡侵蚀在其总侵蚀量中占据了主导地位（98.1%~99.9%），浅层滑坡导致径流与产沙均显著增大，分别增大了4.0~13.1和27.3~1079.0倍。. 相关研究推动了重力侵蚀领域的新技术发展，拓展了土壤侵蚀研究的思路与视角，强化了水土保持领域的科学前沿理论与方法，为黄土高原重力侵蚀的防治以及黄河中游高质量发展提供了一定的理论基础与科技支撑。