白龙江流域泥石流高发区不同植被覆被坡面浅层滑坡重力侵蚀数值模拟

摘要

为揭示白龙江流域泥石流高发区坡面浅层滑坡重力侵蚀的关键影响因素及其机制,以该流域构林坪、甘家沟两个典型泥石流小流域为研究区,选取刺槐(乔)、油橄榄(乔)、河北木蓝(灌)、紫花苜蓿(草)4种典型植被及35°、 45°两种坡度的代表性高陡边坡,通过室内直剪试验获取不同含水质量分数(10%、 20%)下的根际土抗剪强度参数,利用ABAQUS有限元软件开展浅层滑坡重力侵蚀数值模拟,分析不同植被覆被、坡体含水质量分数及坡度对坡面变形破坏特征的影响.结果表明,对比无植被坡面, 4种植被根系均可有效提高土体抗剪强度,减小坡体达到破坏临界状态时坡面的总位移量,增加坡体水平有效应力值,显著提升坡体的稳定性.刺槐、油橄榄的减蚀效果优于河北木蓝和紫花苜蓿;随坡体含水质量分数和坡度增加, 4种植被覆被坡面发生破坏临界状态时的总位移量、总位移最大值、位移高值区的范围均显著增大,水平应力值显著降低,但各自的变化幅度差异明显. 10%含水质量分数、 35°坡度情景下刺槐、油橄榄减小坡面重力侵蚀的效果优于河北木蓝和紫花苜蓿,灌草覆被坡面对坡体含水质量分数和坡度的增加反映不敏感.所有组合情境下不同植被坡体的塑性应变值均呈坡脚>坡顶的规律,且最大总位移自坡脚向坡顶减小,并沿坡脚向坡顶延伸,形成圆弧形贯通带.在研究区特殊环境背景下,对坡面重力侵蚀宜实施差异化生态治理方案,对所有坡面需先稳固坡脚, 35°及以下坡面宜采用以乔木为主的乔-灌-草混合种植生态工程模式, 35°～45°坡面宜采用灌-草混种的生态工程模式, 45°以上高陡边坡,应以自然植被恢复为主,减少人工干预.

关键词

浅层滑坡 / 重力侵蚀 / 数值模拟 / 白龙江流域 / 植被覆被

基金资助

国家重点研发计划项目（2023YFC3007101）; 国家自然科学基金项目（42130709）; 甘肃省科技重大专项计划项目（22ZD6FA051）