本發(fā)明公開了一種土質(zhì)邊坡抗水流侵蝕能力模擬試驗(yàn)方法及裝置，屬于土體土力學(xué)參數(shù)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

沖刷水毀是邊坡工程中常見的一種破壞模式，隨著國內(nèi)工程建設(shè)地不斷拓展，侵蝕水毀問題日益突出，現(xiàn)已成為我國公路、鐵路、水利等領(lǐng)域邊坡工程中關(guān)注的熱點(diǎn)問題。邊坡侵蝕破壞多見于人工開挖或填方的邊坡，由于邊坡防護(hù)常晚于工程建設(shè)，坡表長時(shí)間暴露在自然環(huán)境下，受自然條件的影響；特別是在強(qiáng)降雨條件下，坡后水流匯聚形成漫流，大量水體沿坡面向下流動(dòng)時(shí)帶走大量泥沙，使坡表受到嚴(yán)重侵蝕，水流入滲后又降低了土體的抗剪強(qiáng)度，很可能導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)破壞，給實(shí)際工程帶來嚴(yán)重的安全隱患。

國內(nèi)外學(xué)者已通過試驗(yàn)對(duì)邊坡侵蝕破壞模式及過程進(jìn)行了大量研究。其中，如何有效模擬邊坡實(shí)際沖刷過程，針對(duì)最主要因素進(jìn)行量化分析，是研究邊坡沖刷問題的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)對(duì)邊坡沖蝕的研究方法及裝置，主要針對(duì)兩個(gè)方面：

(1)強(qiáng)調(diào)降雨對(duì)邊坡侵蝕的影響。這類發(fā)明主要通過模擬不同雨量、雨強(qiáng)、雨水，定性地分析降雨對(duì)邊坡表層形態(tài)變化的影響以及對(duì)填料土體含水量、力學(xué)性質(zhì)的影響。試圖建立降雨與邊坡侵蝕程度的量化關(guān)系。實(shí)際上對(duì)于大多數(shù)工程邊坡，坡后的匯水面積超過了坡面，由坡后降雨匯聚形成的漫流是邊坡表層沖蝕破壞的最主要影響因素。對(duì)降雨來說，雨滴的擊濺作用會(huì)造成邊坡表層土壤不同程度的結(jié)皮，這會(huì)使土體孔隙變小，下滲減少、產(chǎn)流時(shí)間提前，加大了水流對(duì)邊坡沖蝕研究的復(fù)雜程度。同時(shí)，降雨的模擬也很難與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境相符，降雨的高度、雨滴的密集程度、降雨過程中雨強(qiáng)的變化都無法在模擬中實(shí)現(xiàn)，這阻礙了邊坡侵蝕研究進(jìn)一步深入的開展。

(2)研究徑流對(duì)邊坡侵蝕的影響。這類發(fā)明采用在坡頂處施加束狀水流的方式對(duì)邊坡進(jìn)行沖蝕，能夠定量分析水流流量、流速對(duì)邊坡沖沙量、沖溝深度的影響。但在實(shí)際邊坡工程中，雨水會(huì)首先在坡后匯聚，沖刷水流最初是以漫流的方式進(jìn)行，隨著時(shí)間的推移才逐漸沖蝕形成細(xì)溝或淺溝徑流。同時(shí)，滲流對(duì)邊坡的侵蝕及穩(wěn)定性的影響不容忽略，工程中常需控制滲流量的大小以維護(hù)邊坡穩(wěn)定，而在此類裝置中沒有考慮坡表的滲流。

綜上所述，現(xiàn)有的研究往往只考慮坡表降雨對(duì)坡面侵蝕的影響，忽略了坡后匯水在坡頂處形成的漫流，而后者是邊坡沖刷水毀主要的因素。以廣佛肇高速60米長試驗(yàn)段為例，半幅路堤匯水面積達(dá)780m²，大量雨水匯集后沿坡面沖刷，使表層土體流失，加快了水流下滲速度，給邊坡工程帶來了嚴(yán)重的安全問題，同時(shí)也給公路的修建與正常運(yùn)營造成了巨大影響。

因此，市場(chǎng)需要一種能夠模擬實(shí)際邊坡漫流侵蝕的試驗(yàn)方法及裝置，充分考慮現(xiàn)場(chǎng)徑流與滲流的實(shí)際運(yùn)移情況，建立水流流量、流速、坡度、坡長與邊坡侵蝕程度之間的聯(lián)系，預(yù)測(cè)工程中邊坡在當(dāng)?shù)貧夂驐l件下可能造成的沖蝕程度，指導(dǎo)邊坡維護(hù)，確保邊坡穩(wěn)定提供參考。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有室內(nèi)試驗(yàn)裝置在研究邊坡沖蝕問題上的不足，針對(duì)南方多雨氣候，邊坡土體易被水流沖刷的特點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便的土質(zhì)邊坡抗水流侵蝕能力模擬試驗(yàn)裝置；通過模擬邊坡沖刷的水力侵蝕環(huán)境來快速獲得坡體侵蝕的各項(xiàng)必要數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種基于土質(zhì)邊坡抗水流侵蝕能力模擬試驗(yàn)裝置的土質(zhì)邊坡抗水流侵蝕能力模擬試驗(yàn)方法。

本發(fā)明一種土質(zhì)邊坡抗水流侵蝕能力模擬試驗(yàn)裝置，包括可升降邊坡模擬裝置、漫流沖刷模擬裝置，其特征在于：所述可升降邊坡模擬裝置包括底座、試槽裝置、坡度調(diào)節(jié)裝置，所述漫流沖刷模擬裝置安裝在所述試槽裝置的頂部，所述漫流沖刷模擬裝置包括漫流管、漫流板、供水裝置，所述漫流板與漫流管外圓相切并連接為一體，在所述漫流管上設(shè)有出水孔以及與供水裝置聯(lián)通的進(jìn)水口。

本發(fā)明一種土質(zhì)邊坡抗水流侵蝕能力模擬試驗(yàn)裝置，還包括水土收集裝置，所述水土收集裝置安裝在所述試槽裝置的底部，承接流經(jīng)試槽裝置的漫流水、滲流水以及漫流水沖刷試槽裝置中填筑的待測(cè)土樣形成的泥沙。

本發(fā)明一種土質(zhì)邊坡抗水流侵蝕能力模擬試驗(yàn)裝置，所述水土收集裝置設(shè)有2個(gè)收集容器，分別承接滲流水以及漫流水和漫流水沖刷試槽裝置中填筑的待測(cè)土樣形成的泥沙。

本發(fā)明一種土質(zhì)邊坡抗水流侵蝕能力模擬試驗(yàn)裝置，還包括流速測(cè)定裝置，所述流速測(cè)定裝置包括2臺(tái)高速攝像機(jī)、標(biāo)尺；2臺(tái)高速攝像機(jī)通過支架分別安裝在試槽裝置上部及下部，所述標(biāo)尺沿試槽裝置的長度方向設(shè)置。

本發(fā)明一種土質(zhì)邊坡抗水流侵蝕能力模擬試驗(yàn)裝置，還包括坡面形態(tài)攝像裝置，所述坡面形態(tài)攝像裝置通過支架安裝在試槽裝置中部，且攝像裝置的鏡頭所在平面與試槽裝置所在平面平行。

本發(fā)明一種土質(zhì)邊坡抗水流侵蝕能力模擬試驗(yàn)裝置，所述漫流沖刷模擬裝置中，漫流管通過螺栓插裝在設(shè)于試槽裝置長度方向的軌道中，可以沿軌道方向滑動(dòng)，通過旋裝于螺桿上的螺母定位；

漫流管上的出水孔在同一直線上均勻分布，出水孔流出的水灑落在漫流板上。

本發(fā)明一種土質(zhì)邊坡抗水流侵蝕能力模擬試驗(yàn)裝置，供水裝置包括水箱、水泵、流量調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)、水管，所述水管一端插裝在水箱中，另一端與漫流管聯(lián)通，在水管上依次安裝有水泵、流量調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)。

本發(fā)明一種土質(zhì)邊坡抗水流侵蝕能力模擬試驗(yàn)裝置，所述可升降邊坡模擬裝置中，試槽裝置包括填料槽、滲流槽，坡度調(diào)節(jié)裝置包括角度測(cè)量儀、液壓千斤頂；所述填料槽安裝在滲流槽上，滲流槽一端鉸接在底座上，另一端與設(shè)于底座上的液壓千斤頂連接；滲流槽與底座之間夾角的變化范圍為0°～70°；所述角度測(cè)量儀安裝在試槽裝置上。

本發(fā)明一種土質(zhì)邊坡抗水流侵蝕能力模擬試驗(yàn)裝置，填料槽底板設(shè)有滲流透水孔，滲流透水孔設(shè)有開啟或關(guān)閉的開關(guān)，在填料槽底板上還覆蓋有土工布。

本發(fā)明一種土質(zhì)邊坡抗水流侵蝕能力模擬試驗(yàn)方法，包括下述步驟：

第一步：填料、壓實(shí)、飽和

將現(xiàn)場(chǎng)取得的填料土體填充進(jìn)填料槽中，按待測(cè)試邊坡的實(shí)際壓實(shí)度壓實(shí)，浸水至飽和，靜置均質(zhì)24h以上，在填料土體表面覆蓋防蒸發(fā)膜并關(guān)閉填料槽底板設(shè)置滲流透水孔；

第二步：調(diào)節(jié)坡度

按照待測(cè)試邊坡的坡度，調(diào)節(jié)試槽裝置與底座之間夾角，使試槽與實(shí)際模擬邊坡坡度相一致；

第三步：確定漫流流量

根據(jù)實(shí)際工程中邊坡所在區(qū)域降雨重現(xiàn)期和降雨歷時(shí)內(nèi)的平均降雨強(qiáng)度、徑流系數(shù)、匯水面積，按JTG/T D33-2012《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》水文計(jì)算公式計(jì)算坡后匯水區(qū)域的流量；按匯水區(qū)域的流量/坡寬，得到單寬流量；

第三步：標(biāo)定沖刷水流坡頂流速

開啟水泵，向漫流管送水，使漫流管出水孔流出的水在漫流板上形成漫流，調(diào)整流量調(diào)節(jié)閥的流量達(dá)到第三步計(jì)算得到的單寬流量，采用染色劑示蹤法測(cè)定水在漫流板上的流速，記為坡頂流速V₀；

第四步：測(cè)量、記錄

移除填料土體表面的防蒸發(fā)膜，開啟滲流透水孔，使漫流水流經(jīng)填料土體表面，絕大部分漫流水將對(duì)填料土體表面進(jìn)行沖刷，極少部分滲入填料土體中，延續(xù)10-40分鐘后，截?cái)嗦魉?，結(jié)束試驗(yàn)；試驗(yàn)過程中，拍攝坡面視頻，記錄細(xì)溝開展的條數(shù)、形狀、寬度；用染色劑示蹤法定時(shí)測(cè)定漫流水流至填料土體底部時(shí)的流速，記為坡腳流速V_i，i＝1、2、3....n；按測(cè)定坡腳流速V_i的時(shí)點(diǎn)，測(cè)量沖蝕溝的最大深度，通過水土收集裝置分別收集滲流水，漫流水和漫流水沖刷填料土體形成的泥沙；

第五步；數(shù)據(jù)處理

分別稱量漫流水、滲流水、泥沙的重量，以沖刷時(shí)間為橫坐標(biāo)，漫流水、滲流水、泥沙重量、沖蝕溝的最大深度以及坡腳流速V_i為縱坐標(biāo)，建立坐標(biāo)系，繪制不同侵蝕影響因素隨時(shí)間的變化曲線；計(jì)算沖蝕溝達(dá)到30cm時(shí)所需要的時(shí)間及對(duì)應(yīng)時(shí)間下的產(chǎn)沙量大小；據(jù)此可估算實(shí)際邊坡在當(dāng)前水力條件下的沖蝕規(guī)模，為邊坡的防護(hù)加固提供依據(jù)。

本發(fā)明一種土質(zhì)邊坡抗水流侵蝕能力模擬試驗(yàn)方法，填料槽中填料土體厚度為20-40cm。

本發(fā)明提供的一種土質(zhì)邊坡抗水流侵蝕能力模擬試驗(yàn)方法及裝置，通過調(diào)整填料壓實(shí)度、含水率、試槽坡度模擬不同類型實(shí)際邊坡，通過調(diào)節(jié)水泵功率控制沖刷水流流量和流速的大小模擬不同工況實(shí)際沖刷條件，通過收集系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得到?jīng)_刷水量、滲流量、流失泥沙量的數(shù)據(jù)來研究邊坡水毀機(jī)理并給防護(hù)治理提供借鑒。

本發(fā)明能夠通過試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)計(jì)算不同土質(zhì)填料、流速、坡度、坡長對(duì)邊坡侵蝕能力的影響。對(duì)同一類型邊坡可以得到，坡度與產(chǎn)沙量、坡長與產(chǎn)沙量，流速與產(chǎn)沙量的關(guān)系，從而明確對(duì)邊坡侵蝕量最重要的影響因素。當(dāng)密度影響最大時(shí)，可對(duì)坡面適當(dāng)壓實(shí)、采取剛性防護(hù)或半剛性防護(hù)措施；當(dāng)坡長影響最大時(shí)，可增加截水措施或增設(shè)平臺(tái)；當(dāng)流速影響最大時(shí)，可在坡頂設(shè)排水溝，減小坡頂匯水面積，增加水流匯聚的時(shí)間。當(dāng)坡度影響最大時(shí)，說明水流下行能量增加快，可采取復(fù)合方式，增加坡面阻水結(jié)構(gòu)，減小水流能量增加速率。通過本發(fā)明試驗(yàn)的結(jié)果，可根據(jù)邊坡的實(shí)際特性采取針對(duì)性的措施進(jìn)行有效抗水流侵蝕防護(hù)。既減少了因抗沖蝕措施防護(hù)措施過度導(dǎo)致的資金浪費(fèi)，又降低了因防護(hù)能力不足造成的重復(fù)施工的風(fēng)險(xiǎn)，具有較好的實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明避免了因降雨造成的坡表濺蝕破壞及擊濺作用對(duì)水流流速的干擾，確定坡面水流的初始流速，全面模擬了坡面水流匯聚，細(xì)溝、淺溝形成開展的過程。能夠定量研究流速、流量與邊坡沖蝕量之間的關(guān)系，為深入探究邊坡水毀機(jī)理提供了條件。

在填料的壓實(shí)過程中，根據(jù)填料土體初始干密度的大小選擇不同的分層壓實(shí)厚度，初始干密度較大時(shí)，每1cm厚度壓實(shí)一次，當(dāng)初始干密度較小時(shí)，頻繁的壓實(shí)操作會(huì)導(dǎo)致土體過密，故分層壓實(shí)厚度需適量增加。水流沖刷過程前，因先對(duì)流量及流速進(jìn)行標(biāo)定，了解水泵不同功率在不同坡度下對(duì)應(yīng)的水流流量及流速，合理設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案。本發(fā)明不僅可以收集沖刷導(dǎo)致的水土流失量，同時(shí)還能收集在沖刷過程中下滲至試槽底部的滲流流量，這為研究邊坡水毀機(jī)理提供了必要的依據(jù)。

因此，相對(duì)于傳統(tǒng)野外模擬邊坡沖刷研究、室內(nèi)堆填土坡沖刷研究、人工降雨邊坡沖刷研究，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1.能夠模擬實(shí)際邊坡坡后匯水漫流?；诋?dāng)?shù)貧庀筚Y料及邊坡實(shí)際匯水面積計(jì)算得到漫流的流量及流速，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)邊坡坡頂漫流的模擬，更加貼合工程實(shí)際。

2.能夠同時(shí)模擬徑流和滲流的影響。與同類型方法及裝置相比，本發(fā)明不僅能夠研究坡表侵蝕，還能夠?qū)_刷作用下的滲流量及滲流速度進(jìn)行量化研究。

3.能夠進(jìn)行水力侵蝕破壞漸進(jìn)機(jī)理的研究。避免了因降雨造成的濺蝕對(duì)坡表土體形態(tài)與水流流速的影響。與人工降雨邊坡沖刷試驗(yàn)相比，本發(fā)明能夠較為精確的控制沖刷水流的流量與流速，這為研究邊坡沖沙量與沖刷水流之間的關(guān)系提供了借鑒和依據(jù)。

4.能夠預(yù)估一定降雨條件下邊坡受坡后匯水水流侵蝕的程度。本發(fā)明最大的特點(diǎn)在于能夠用于預(yù)測(cè)一定雨強(qiáng)、降雨歷時(shí)條件下，實(shí)際邊坡遭受水流侵蝕的程度，從而為邊坡的防護(hù)與加固提供依據(jù)。

綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、操作方便，通過模擬邊坡沖刷的水力侵蝕環(huán)境來快速獲得坡體侵蝕的各項(xiàng)必要數(shù)據(jù)，能夠定量測(cè)量水流的流量、流速、侵蝕深度、產(chǎn)沙量等。為研究邊坡水毀機(jī)理提供了必要的依據(jù)。解決了邊坡沖刷模擬中因氣候條件復(fù)雜多變，試驗(yàn)重復(fù)性差的問題；通過研究一定降雨條件下，邊坡侵蝕溝最大深度及產(chǎn)沙量隨時(shí)間的變化規(guī)律，以此揭示坡后匯水水流侵蝕能力與邊坡坡長、坡度、時(shí)間的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)水流侵蝕規(guī)模進(jìn)行預(yù)測(cè)，以此為施工期邊坡的防護(hù)與加固提供依據(jù)；采用壓實(shí)土浸水至飽和后進(jìn)行模擬，提高了邊坡沖刷室內(nèi)模擬試驗(yàn)效率，縮短試驗(yàn)周期，節(jié)約試驗(yàn)成本，并且裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，能夠在相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行推廣。

附圖說明

附圖1所示為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖2為本發(fā)明底試槽測(cè)試圖。

附圖3為本發(fā)明試槽俯視圖。

附圖4為本發(fā)明漫流出流裝置圖。

附圖5為初始干密度1.28g/cm³的花崗巖殘積土填料斜坡在水流沖刷時(shí)坡頂、坡腳水流流速及含沙量示意圖。

附圖6為初始干密度1.58g/cm³的花崗巖殘積土填料斜坡在水流沖刷時(shí)坡頂、坡腳水流流速及含沙量示意圖。

附圖7為初始干密度1.28g/cm³的花崗巖殘積土填料斜坡在水流沖刷時(shí)最大沖蝕深度隨時(shí)間變化示意圖。

附圖8為初始干密度1.58g/cm³的花崗巖殘積土填料斜坡在水流沖刷時(shí)最大沖蝕深度隨時(shí)間變化示意圖。

附圖9為初始干密度1.28g/cm³的花崗巖殘積土填料斜坡在水流沖刷時(shí)含沙量隨時(shí)間變化示意圖。

附圖10為初始干密度1.58g/cm³的花崗巖殘積土填料斜坡在水流沖刷時(shí)含沙量隨時(shí)間變化示意圖。

附圖1、2、3、4中：

1---底座，2---試槽裝置，3---坡度調(diào)節(jié)裝置，4---漫流管，5--漫流板，6---出水孔，8---螺栓，9---軌道，10---螺母，11--水箱，12---水泵，13---流量調(diào)節(jié)閥，14---流量計(jì)，15---水管，16、17---高速攝像機(jī)，18---標(biāo)尺，19---支架，20---攝像裝置，21，22---收集桶。

試槽裝置2中，2-1---填料槽，2-2---滲流槽，2-3---填料槽底板，2-4---滲流透水孔，2-5---開關(guān)；

坡度調(diào)節(jié)裝置3中，3-1---角度測(cè)量儀，3-2---液壓千斤頂；

從附圖5可以看出：；密度為1.28g/cm³的土質(zhì)填料邊坡，其坡頂流速隨時(shí)間增加逐漸減小，坡腳流速隨時(shí)間增加逐漸增大；

從附圖6可以看出：密度為1.58g/cm³的土質(zhì)填料邊坡，其坡頂流、坡腳流速大小隨時(shí)間增加上下波動(dòng)，但整體保持穩(wěn)定；

從附圖7可以看出：干密度為1.28g/cm³的土質(zhì)填料邊坡，其沖沙量隨著時(shí)間的增加而增加，起始時(shí)刻沖沙量增加速率快，增速隨著時(shí)間增加而減??；

從附圖8可以看出：密度為1.58g/cm³的土質(zhì)填料邊坡，其含沖沙量隨著時(shí)間的增加而增加，起始時(shí)刻沖沙量增加速率快，增速隨著時(shí)間增加而減?。?/p>

從附圖9可以看出：密度為1.28g/cm³的土質(zhì)填料邊坡，其最大沖蝕深度隨著沖刷時(shí)間的增加而增加，起始時(shí)刻增加速率快，后逐漸趨向平緩，沖蝕深度達(dá)到30cm時(shí)保持不變；

從附圖10可以看出：密度為1.58g/cm³的土質(zhì)填料邊坡，其最大沖蝕深度隨著沖刷時(shí)間的增加而增加，起始時(shí)刻增加速率快，后逐漸趨向平緩，沖蝕深度達(dá)到30cm時(shí)保持不變。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

參見附圖1、2、3、4，本發(fā)明土質(zhì)邊坡抗水流侵蝕能力模擬試驗(yàn)裝置，包括可升降邊坡模擬裝置、漫流沖刷模擬裝置；

所述可升降邊坡模擬裝置包括底座1、試槽裝置2、坡度調(diào)節(jié)裝置3，所述漫流沖刷模擬裝置安裝在所述試槽裝置的頂部，所述漫流沖刷模擬裝置包括漫流管4、漫流板5、供水裝置，所述漫流板5與漫流管4外圓相切并連接為一體，在所述漫流管4上設(shè)有出水孔6以及與供水裝置聯(lián)通的進(jìn)水口，漫流管4通過螺栓8插裝在設(shè)于試槽裝置2長度方向的軌道9中，可以沿軌道9方向滑動(dòng)，通過旋裝于螺桿上的螺母10定位；

漫流管4上的出水孔6在同一直線上均勻分布，出水孔6流出的水灑落在漫流板5上；

所述可升降邊坡模擬裝置中，試槽裝置2包括填料槽2-1、滲流槽2-2，坡度調(diào)節(jié)裝置3包括角度測(cè)量儀3-1、液壓千斤頂3-2；所述填料槽2-1安裝在滲流槽2-2上，滲流槽2-2一端鉸接在底座1上，另一端與設(shè)于底座1上的液壓千斤頂11連接；滲流槽2-2與底座1之間夾角的變化范圍為0°～70°；所述角度測(cè)量儀3-1安裝在試槽裝置2上，填料槽底板2-3設(shè)有滲流透水孔2-4，滲流透水孔2-4設(shè)有開啟或關(guān)閉的開關(guān)2-5，在填料槽底板2-3上還覆蓋有土工布；

漫流沖刷模擬裝置中，供水裝置包括水箱11、水泵12、流量調(diào)節(jié)閥13、流量計(jì)14、水管15，所述水管15一端插裝在水箱11中，另一端與漫流管4聯(lián)通，在水管11上依次安裝有水泵12、流量調(diào)節(jié)閥13、流量計(jì)14；

本實(shí)施例中，還包括水土收集裝置，所述水土收集裝置安裝在所述試槽裝置2的底部，承接流經(jīng)試槽裝置2的漫流水、滲流水以及漫流水沖刷試槽裝置中填筑的待測(cè)土樣形成的泥沙；

所述水土收集裝置設(shè)有2個(gè)收集桶21、22，分別承接滲流水以及漫流水和漫流水沖刷試槽裝置中填筑的待測(cè)土樣形成的泥沙；

本實(shí)施例中，還包括流速測(cè)定裝置，所述流速測(cè)定裝置包括2臺(tái)高速攝像機(jī)16、17，標(biāo)尺18；2臺(tái)高速攝像機(jī)通過支架19分別安裝在試槽裝置2上部及下部，所述標(biāo)尺18沿試槽裝置2的長度方向設(shè)置；

本實(shí)施例中，還包括坡面形態(tài)攝像裝置20，所述坡面形態(tài)攝像裝置20通過支架安裝在試槽裝置2中部，且攝像裝置的鏡頭所在平面與試槽裝置所在平面平行。

實(shí)施例2

針對(duì)廣佛肇高速公路工程現(xiàn)場(chǎng)K117+070—K117+130標(biāo)段路堤邊坡的試驗(yàn)

一種土質(zhì)邊坡抗水流侵蝕能力模擬試驗(yàn)方法，包括下述步驟：

第一步：填料、壓實(shí)、飽和

將現(xiàn)場(chǎng)取得的填料土體填充進(jìn)填料槽2-1中，按待測(cè)試邊坡的實(shí)際壓實(shí)度壓實(shí)至厚度為30cm，浸水至飽和，靜置均質(zhì)24h以上，在填料土體表面覆蓋防蒸發(fā)膜并關(guān)閉填料槽底板設(shè)置滲流透水孔；

第二步：調(diào)節(jié)坡度

待測(cè)試邊坡的坡度為33.7度(坡比1:1.5)，調(diào)節(jié)試槽裝置2與底座1之間夾角，使試槽與實(shí)際模擬邊坡坡度相一致；

第三步：確定漫流流量

根據(jù)實(shí)際工程中邊坡所在區(qū)域降雨重現(xiàn)期和降雨歷時(shí)內(nèi)的平均降雨強(qiáng)度、徑流系數(shù)、匯水面積，按《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》水文計(jì)算公式計(jì)算坡后匯水區(qū)域的流量；

第三步：標(biāo)定沖刷水流坡頂流速

開啟水泵12，向漫流管4送水，使漫流管4出水孔6流出的水在漫流板5上形成漫流，調(diào)整流量調(diào)節(jié)閥13的流量達(dá)到計(jì)算所得流量，采用染色劑示蹤法測(cè)定水在漫流板上的流速，記為坡頂流速V₀；

第四步：測(cè)量、記錄

移除填料土體表面的防蒸發(fā)膜，開啟滲流透水孔2-4，使漫流水流經(jīng)填料土體表面或滲入填料土體中，延續(xù)10-40分鐘后，截?cái)嗦魉?，結(jié)束試驗(yàn)；試驗(yàn)過程中，拍攝坡面視頻，記錄細(xì)溝開展的條數(shù)、形狀、寬度；用染色劑示蹤法定時(shí)測(cè)定漫流水流至填料土體底部時(shí)的流速，記為坡腳流速V_i，i＝1、2、3....n；按測(cè)定坡腳流速V_i的時(shí)點(diǎn)，測(cè)量沖蝕溝的最大深度，通過水土收集裝置分別收集滲流水，漫流水和漫流水沖刷填料土體形成的泥沙；

第五步；數(shù)據(jù)處理

分別稱量漫流水、滲流水、泥沙的重量，以沖刷時(shí)間為橫坐標(biāo)，漫流水、滲流水、泥沙重量、沖蝕溝的最大深度以及坡腳流速V_i為縱坐標(biāo)，建立坐標(biāo)系，繪制不同侵蝕影響因素隨時(shí)間的變化曲線；得到附圖5、6、7、8、9、10，其中圖7、8、9、10曲線由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)擬合得到，擬合公式如下：

$y=\frac{x}{a+bx}---\left(1\right)$

其中y表示縱坐標(biāo)數(shù)據(jù)(沖沙量、沖蝕深度)，x表示橫坐標(biāo)數(shù)據(jù)(沖蝕歷時(shí))，a、b為擬合系數(shù)，R²為擬合相關(guān)系數(shù)。擬合參數(shù)及對(duì)應(yīng)擬合曲線相關(guān)系數(shù)如表1所示：

表1

由表1可知，擬合曲線的相關(guān)系數(shù)在0.9966～0.9985之間，擬合精度＞0.9，預(yù)測(cè)結(jié)果具有較高的可信度，能夠滿足一般工程研究的需要。

從附圖5-10分別可以看出：在試驗(yàn)?zāi)M的邊界條件下，流速隨時(shí)間的變化不大，而最大沖蝕深度與沖沙量隨著沖刷時(shí)間的增加不斷增大，初始時(shí)刻增加速度快，而后增速逐漸放緩，當(dāng)沖蝕溝深度達(dá)到30cm附近時(shí)，其深度不再繼續(xù)增加，經(jīng)過深溝的水流不再具有帶動(dòng)溝底泥沙運(yùn)移的動(dòng)力。

根據(jù)拍攝的坡面圖片和測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算沖蝕溝達(dá)到30cm時(shí)所需要的時(shí)間及對(duì)應(yīng)時(shí)間下的產(chǎn)沙量大??；根據(jù)試驗(yàn)可知，當(dāng)沖刷深度接近30cm時(shí)，由于沖蝕溝底的坡度逐漸趨于水平，水流運(yùn)移泥沙的能力顯著下降，沖蝕深度基本不再增加，侵蝕量急劇減小，沖蝕量隨時(shí)間增加不再發(fā)生較大變化。此時(shí)的邊坡侵蝕量可認(rèn)為是此邊坡遭受一定降雨條件下的可能最大沖蝕規(guī)模；據(jù)此可建立實(shí)際邊坡坡頂漫流量與侵蝕規(guī)模的聯(lián)系，估算實(shí)際邊坡在同等流量條件下達(dá)到最大沖蝕深度時(shí)所造成的沖蝕規(guī)模，由此判斷是否需要對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)加固，并預(yù)估需要進(jìn)行邊坡修復(fù)的土方總量，為邊坡工程的防護(hù)治理提供依據(jù)。