铁路工程边坡次降雨侵蚀产流模拟及影响规律

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1、铁路工程边坡次降雨侵蚀产流模拟及影响规律沈宇鹏,匡星，王连俊,白明洲(北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044)摘要：通过铁路工程边坡水力侵蚀试验结果，根据坡面土壤入渗理论及水流波动理论进行铁路工程边坡的入渗分析及坡面流分析，提出铁路工程土质边坡的次降雨侵蚀入渗产流模拟方程。为预测及控制铁路工程边坡坡面水土流失问题，针对降雨强度、渗透系数、土壤吸力、压实度、含水率、糙率系数、坡度等对铁路工程边坡产流初始时刻、产流量的影响规律进行了计算分析。结果表明，渗透系数对产流时间和产流量影响较大，长时间降雨时，坡长对路堑产流量影响大；短时间强降雨时，糙率系

2、数变大和坡度减小是降低路堑边坡产流量的主要因素。关键词：铁路；降雨侵蚀；产流模拟；影响规律中图分类号：S157.1文献标志码：AResearchontheflowsimulationandinfluenceofrainfallerosiononrailroadslopesShenYupeng，KuangXing，WangLianjun，BaiMingzhou(DepartmentofCivilEigineering，BeijingJiaotongUniversity，Beijing100044,China)Abstract:Analysisandsi

3、mulationworkconcerningrainfallinfiltrationandmotionequationofsloperunoffiscarriedoutbasedonachievementsofrelatedresearchsubjectswiththeoryofinfiltrationandflowfluctuations.Influencelawsofrunofftimeandproductionflowtheinfluencingfactorsarededucedon.Theinfluencingfactorsincludera

4、infallintensity,permeabilitycoefficient,soilsuction,compactness,watercontent,manningroughnesscoefficient,slopegradientandslopelength.Theresultsshowtherainfallintensityhasmoreimpactionontherunofftimeandproductionflow.Inprolongedrainfall,theslopelengthaffectsthecuttingslope.Insho

5、rtrains,thelargerroughnessandslopedecreaseareimportantfactortoreducerunoff.Keywords:Railroads；Watererosion；Flowsimulation；Influenceoferosion降雨时，铁路工程边坡因雨水入渗、汇流、冲刷发生水土流失，其产流较浅、流速较快、影响因素众多、边界条件异常复杂、计算理论尚未成熟。试验过程中往往又受到自然条件、工程条件和人力资源诸多因素限制，实施过程具有很大困难。目前，国内外研究学者多利用坡面流模拟和坡面土壤侵蚀力学分析和揭示

6、边坡的坡面水土流失过程和影响因素[1~3]，具有重要的研究价值。1铁路工程边坡次降雨入渗及产流分析1.1铁路工程边坡入渗分析试验发现，坡面水土流失过程中，土壤入渗过程对坡面流的形成影响很大，土壤入渗呈现较为明显的对数或指数规律[4]。目前对土壤入渗问题的研究先后得出了许多经验性、半经验、半理论的模型，常用的有Green-Ampt模型、Philip模型、Horton模型、Kostiakov模型等。通过对工程边坡水力侵蚀试验的分析认为，铁路工程施工期各试验区的产流是超渗产流的过程[5]，一般可以将降雨强度和渗透率独立研究，然后通过超额降雨量作为坡面流的源

7、项与坡面流动联系起来[6]，采用物理概念明晰的Green-Ampt入渗模型。Green-Ampt模型计算方程为（1）式中：i为入渗率，m/s；K为土壤渗透系数（饱和导水率），m/s；为土壤饱和含水率，即有效空隙率，%；为土壤初始含水率，%；S为土壤吸力，m；I为累积入渗量，m。x为坡长变化参数，t为时间变化参数。由Green-Ampt模型可知，入渗率随累积入渗量的增加而减小，当累积入渗量达到某一值时，入渗率等于降雨强度，此时即开始积水。设地表开始积水的时间为tp，此时的累积入渗量为Ip。实际情况不是由t=0开始积水，与Green-Ampt模型假设干土

8、积水入渗条件不一致，故积水以后的累积入渗量不能直接由式（1）计算，应采用修正后公式[7]。设t1表示由t=0