刍议铁路工程边坡试验评价方法

刍议铁路工程边坡试验评价方法
1.铁路工程边坡水力侵蚀试验评价要素
铁路工程边坡水土流失现象，降雨、土壤、坡形、防护是主要的影响因素，边坡水力侵蚀试验评价，需要围绕这些要素展开。

1.1降雨
降雨过程中，如果边坡土壤的渗入率，无法满足降雨的排除需求，则除了部分渗入土壤中的雨水，其他的雨水会逐渐积压在表层土壤中，当表层土层趋向于饱和状态，坡面上就会形成雨水径流，将边坡表面的土壤冲刷到低处，尤其是在雨水徑流密集的位置，会逐渐产生细沟侵蚀现象，长时期的侵蚀，细沟不断扩大，最终导致边坡表面的坍塌破坏，形成我们常见的边坡冲刷现象。

1.2土壤
土壤作为铁路工程边坡的承载力，其雨水渗入率、水流冲刷抵抗力、压实度、内摩擦角、粘聚力等，均决定是否具备抵抗边坡水力侵蚀的能力。

在诸多铁路边坡防护工程中，由于土壤成分的复杂性和多变性，需要在保持原来良性土壤的前提下，将部分类似软基等不良土壤置换，综合工程所在区域的地下水侵蚀情况和降雨条件等，保持土壤各方面特性的正常。

1.3坡形
坡形与坡度、坡长有关，而后两者在降雨过程中，直接决定雨水径流宽度的大小与走向，只有坡度和坡长控制在合理的状态下，才有利于雨水渗入土壤中，减缓雨水径流运动，反之则会形成冲刷力，将土壤带出边坡表面。

譬如边坡坡度过于缓急，则雨水会附带泥土直接顺着边坡流下，造成边坡的水土流失。

1.4防护
铁路工程边坡防护一般有植草防护和坡面防护两种类型，前者借助草本植物的根系牢固土壤，提高土壤的抗冲刷性，另外植物的叶茎，也可以减小降雨对土壤的击溅力；后者则是通过防护施工，强化边坡土体整体的稳定性，譬如设置汇集水流截流体。

以上两种方法均为边坡防护的重要举措，在分析边坡是否存在水力侵蚀时，要考虑防护效果的良莠。

由此可见，我们在开展铁路工程边坡水力侵蚀试验评价工作的过程中，要紧扣降雨、土壤、坡形、防护四个方面的评价要素，并通过试验，确定这些要素相对应的试验结果参数，方可作为边坡防护施工的科学依据。

2.铁路工程边坡水力侵蚀试验评价体系的构建
结合铁路工程边坡水力侵蚀试验评价要素，构建水力侵蚀试验评价体系，其中分为水土流失机理分析和模数评价指标两个步骤：
2.1水土流失机理分析
以某铁路边坡工程为例，该工程水土流失机理分析包括4个方面：
①降雨。

一方面分析雨水击溅程度，以此考量雨滴的动能；另一方面分析雨水的径流程度，以此考量雨水的强度、降雨量和入渗率，然后综合判断降雨冲刷力，就能够得出雨水的流速和流量。

②土壤。

一方面分析降雨时的入渗率，作为降雨冲刷力的判断因素，另一方面是分析土壤抗剪切力，最后得出土壤内摩擦角、粘聚力和应力，其中内摩擦角折射出土壤含水量与成分组成，粘聚力折射出土壤的粘土成分，应力与坡长、坡度等，可共同反映土壤的容重和应力历史。

③坡形。

主要考虑边坡的动能与势能，两者均是判断坡长和坡度的重要依据，而坡长和坡度确定后，可与土壤的应力状态，共同作为确定土壤容重和应力历史的依据。

④防护。

一方面是植草，其防护标准为截流消能和固土抗剪，截流消能关系到边坡的动能，主要由植草类型和植草覆盖度决定，而固土抗剪关系到边坡的内摩擦角和粘聚力，与植草类型相关；另一方面是坡面，其防护标准是防止冲刷和增强稳定，分别与边坡的分割份数、形式等相关。

2.2水力侵蚀模数评价指标
在分析水土流失机理的基础上，构建水力侵蚀试验评价体系，还需要进一步明确水力侵蚀模数评价指标：
①自然条件。

首先是降雨，以上案例工程中，降雨量分别在<500mm、500-1000mm、>1000mm时，水力侵蚀影响的程度均会有较大的差异性；其次是土质，工程地质成分主要有砂砾石、砂土、含砂细粒土、细粒土，不同的土质，其内摩
擦角、粘聚力和应力各不相同，因此也要纳入水力侵蚀试验考虑因素的范畴之内；再次是坡形，主要分析坡长和坡度。

②工程条件。

首先是工程类型，弃土场、路基、取土场、站场、便道等类型不同的工程，边坡防护要求不一样，需要紧扣工程的类型，提出相应的边坡水力侵蚀试验评价标准；其次是施工期，雨期和不同的施工工期，应利用相对应的水力侵蚀试验评价方法；最后是防护，通过植草、综合防护、全防护、拦渣墙等方式的防护后，进行水力侵蚀试验评价，就能够确定边坡防护效果是否符合预期标准。

3.铁路工程边坡水力侵蚀试验评价案例分析
3.1降雨侵蚀试验评价
工程边坡降雨侵蚀试验评价，关键在于判断降雨产流时刻，即根据水力侵蚀机理，在不同工程位置判断降雨条件，譬如本工程的路堤边坡，降雨标准为10mm，产流时刻为15min；取弃土场降雨标准为10mm，产流时刻为10min；施工便道降雨标准为5mm，产流时刻为3min；路堑边坡降雨标准为10mm，产流时刻为10min。

根据这些标准型数据，我们就可以看出不同工程位置边坡降雨的水力侵蚀情况，并按照这些数据调整边坡防护方案，能够保证方案的科学合理性。

3.2土壤侵蚀试验评价
土壤是铁路工程边坡防护的载体，其入渗条件，直接关系到水力侵蚀的程度。

在此，我们需要重点分析边坡土壤的入渗条件，以明确土壤侵蚀力指标。

由于入渗属于动态的过程，并且与降雨强度有关，因此应该综合降雨侵蚀试验的评价结果，检查是否产生径流。

如果土壤入渗能力在降雨强度之外，则会产生径流，此时要考量稳渗率和某段时间后的入渗率，从侧面判断土壤性质。

除此之外，我们还要考虑原始地表水土流失的状态，尤其是在施工期间，土体的扰动，会加速边坡的水力侵蚀，其中预测阶段的水土流失总量可用公式表示，其中Fi表示第i 年后土体的扰动面积、M表示原地貌土壤侵蚀模数、A表示加速水力侵蚀系数、Ti表示预测时段。

根据该公式，就可以预测出施工阶段铁路工程坡面可能造成的土壤侵蚀量，完成土壤侵蚀程度的判断。

3.3坡形侵蚀试验评价
根据铁路工程边坡设计规范，各种类型坡面的坡度与坡长因子具有差异性，案例工程中路基边坡设计比为1：1.75、路堑边坡设计比为1：0.75、取弃土场边
坡土壤休止角取值40°-60°之间。

另外根据几何图形分析，掌握地形加速系数，判断是否存在导致边坡坡面水土流失侵蚀加快的因素，其中地形因子加速系数为，最后得出判断结果为原地面边坡坡度2°-5°、路基边坡加速系数、路堑边坡加速系数为、取弃土场边坡加速系数，藉此可看出工程边坡坡形侵蚀指数相对稳定，尚未存在影响边坡防护的不利因素。

3.4防护侵蚀试验评价
案例铁路工程边坡施工之前，其坡面被地表植物覆盖，其因子取值0.6，施工后重新种植草木，因子C值取0.1-0.15。

工程的边坡防护施工，尽量保持原有的水土，并在完工后进行平整、夯实、绿化和设置防护，因此防护侵蚀试验评价的结果也相对稳定。

4.结束语
文章通过研究，基本明确了铁路工程边坡水力侵蚀试验评价的方法，但鉴于不同铁路边坡防护工程施工环境的差异性，要求其他工程在参考以上水力侵蚀试验评价方法时，还需要结合实际工程的具体情况，予以灵活地借鉴。

参考文献
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