一种基于土水势原理的黄土边坡防护系统的制作方法

本实用新型属于边坡治理系统技术领域，具体涉及一种基于土水势原理的黄土边坡防护系统。

背景技术：

在我国黄土分布广、地层全、厚度大而著称。最大的厚度可以超过100m，这种深厚的黄土层往往具有不同程度的湿陷性，黄土边坡在降雨情况下，雨水发生深层渗透，易引起边坡滑坡失稳，对沿线交通设施安全及居住安全造成了极大的威胁。

目前，多采用生态护坡的方法，利用植物的根系形成保护网，不仅能够起到固坡的作用，还能够保护生态环境，但其前提需要边坡稳定，由于湿陷性黄土有大孔隙、欠压密性以及富含可溶盐与粉粒等特性，使它成为一种对水具有特殊敏感性的更加特殊的非饱和土，当其被雨水渗入后会造成黄土结构发生破坏，发生湿陷变形，对黄土边坡的稳定性造成很大的影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于土水势原理的黄土边坡防护系统，能够阻止或者减少雨水侵入深层黄土边坡，从而避免雨水在边坡上形成径流冲刷及发生滑坡。

本实用新型所采用的技术方案是，一种基于土水势原理的黄土边坡防护系统，包括格构单元，格构单元与黄土边坡表面固定连接，格构单元中填充有粗砂，粗砂上铺设有砂土层。

本实用新型的特点还在于，

格构单元的高度不低于90cm。

格构单元包括若干个固定在黄土边坡表面波浪形的土工格构，相邻的土工格构反向设置，且在相邻土工格构的无缝隙处进行固定连接。

每个土工格构的波峰与波谷之间设置有均匀分布的孔。

孔的孔径为5mm～20mm。

粗砂的粒径为0.6mm～3mm，铺设厚度为格构单元高度的三分之五。

砂土层的粒径为0.075mm～20mm，铺设厚度不低于20cm。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型一种基于土水势原理的黄土边坡防护系统，在黄土边坡的坡面上铺设有粗砂层，避免了雨水对黄土边坡的冲刷及雨水向深层发生渗流，既而不会因降雨引起黄土边坡坡面上形成冲沟和滑坡现象；

(2)本实用新型一种基于土水势原理的黄土边坡防护系统，在坡面上铺设粗砂层，避免了粗砂层下的黄土地层因毛细现象蒸发深层水分，使得粗砂层饱和含水后下渗到底层黄土地层的水分得以保持，以利于植物的生长；

(3)本实用新型一种基于土水势原理的黄土边坡防护系统利用土水势原理，将砂土用于黄土边坡的治理，结合工程施工与生态治理，提高黄土边坡的稳定性，施工简单易行，成本低廉。

附图说明

图1是本实用新型一种基于土水势原理的黄土边坡防护系统的结构示意图；

图2是本实用新型一种基于土水势原理的黄土边坡防护系统的土工格构的结构示意图。

1.砂土层，2.土工格构，3.粗砂，4.孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种基于土水势原理的黄土边坡防护系统，包括格构单元，格构单元与黄土边坡表面固定连接，格构单元的高度不低于90cm，格构单元中填充有粗砂3，粗砂3上铺设有砂土层1，粗砂3的粒径为0.6mm～3mm，铺设厚度为格构单元高度的三分之五，砂土层1粒径为0.075mm～20mm，铺设厚度不低于20cm，砂土层按质量百分比由以下组分组成：砂10～30％，土70～90％，质量百分比总和为100％。

格构单元包括若干个固定在黄土边坡表面相互连接的波浪形土工格构2，每个土工格构2采用锚杆或锚钉固定在边坡上，边坡上部的锚杆或锚钉应当每隔一个格室进行埋设，边坡中下部位则根据实际边坡状况设置相应的锚杆(或锚钉)铺设间距；相邻的土工格构2反向设置且无间距，紧贴在一起，且在相邻土工格构2的无缝隙处插入圆销连接固定，每个土工格构2的波峰与波谷之间设置有均匀分布的孔4，孔4的孔径为5mm～20mm，有利于水的流通。

相邻的土工格构2之间种植有植物，优选树木，不仅能够利用植物根系形成保护网，还能够利用树木主杆固定土工格构2。

本实用新型基于土水势原理的黄土边坡防护系统的施工方法具体如下：

步骤1、对原始黄土边坡进行整治，对坡面进行修平处理，形成坡面处理层；

步骤2、在步骤1中坡面上在修平处理后的坡面上贴坡固定土工格构2，使土工格构2和黄土坡面紧密结合，相邻的土工格构2反向设置，相邻土工格构2之间无间距；

步骤3、在步骤2中的土工格构2中填充粗砂3，并将粗砂3捣实振密，粗砂3的粒径为0.6mm～3mm，铺设厚度为格构单元高度的三分之五；

步骤4、在步骤3中的粗砂3表面铺设有一层砂土层1，砂土层1的铺设厚度为不低于20cm，粒径为0.075mm～20mm，砂土层按质量百分比由以下组分组成：砂10～30％，土70～90％，质量百分比总和为100％；

步骤5、在经步骤4处理后的黄土边坡上种植植物，并设置导水沟。

本实用新型一种基于土水势原理的黄土边坡防护系统的设计原理：湿陷性黄土是一种非饱和土，即由土的固相、气相和液相所组成的多项体系，且在液相和气相之间存在着一个水和气的交界面，交界面的一侧为孔隙水，其压力uw为负，另一侧为孔隙气，其压力ua为正，出现以吸力(ua-uw)为特征的压力差。在水气交界面上，非饱和土性质随土湿度和密度变化而复杂化，使气连通状态、水连通状态和双连通状态的非饱和土具有完全不同的变形强度特性。

黄土的湿陷性是随着黄土湿度的增大而动态发展的。水在土中的运动需要受一定能量梯度的支配，由于水在土中的运动很慢，其动能可以忽略不计，故土中水的运动取决于它的势能。根据土壤物理学的研究，土中水份在任一点处的总土水势由压力势Ψp，重力势Ψg，基质势Ψm，溶质势Ψs和温度势Ψt所组成。在不考虑温度和溶质的影响，且将温度与土中水的温度相同，处于标准大气压下纯自由水的能量作为标准参考状态，即能量水平等于零，则非饱和土中水的运动主要取决于重力势和基质势。由于基质势来源于土基质的吸附力和毛细力，而这些力均将束缚水的运动，即降低了土中水的能量水平，因此，当基质势的绝对值大于重力势时，土中水的土水势为负，水将不能在自重下发生流动，而被吸附在土颗粒的周围，以薄膜水的形式运动，当基质势的绝对值上升到等于重力势以至零值，则土水势为正，水将在重力势下运动，即自由水的渗流运动。

基质势实际上就是土中水的吸力势，作为一种压力可以用孔隙气压力和孔隙水压力之差的负值来决定，即S＝-(ua-uw)，它与土粒，土的密度、湿度及应力和湿度变化的路径有关，土粒愈细，湿度愈小，吸力愈大。因此就粘性土和无粘性土来讲，粘性土具有较大的吸力，当水由非饱和的粘性土向下入渗运动达到其下非饱和的无粘性土时，由于粘性土与无粘性土接触面处的非粘性土一侧具有较高的土水势而阻碍了水从粘性土一侧向下的运动，无粘性土具有阻水作用，被阻的水积存在上部粘性土层中，并以薄膜水的形式在粘性土中转移，不断使粘性土的湿度增大，从而导致其吸力减小，土水势增大，至超过接触面处无粘性土一侧的土水势时，水才开始进入无粘性土运动。因无粘性土具有较高的渗透系数，故水在其中的运动将很快以重力形式下移。如果在无粘性土层下又有新的粘性土层，则对此粘性土层来说，无粘性土层不仅因阻水作用而使它延迟了受水入浸的时间，而且因砂层仍为低湿度的非饱和状态，有水气交界面及一定的远低于替换土中吸力的吸力值，降低了土水势，从而大大减小了入浸的水量。

本实用新型本实用新型一种基于土水势原理的黄土边坡防护系统，在黄土边坡的坡面上铺设有粗砂层，不仅避免了雨水对黄土边坡的冲刷及雨水向深层发生渗流，既而不会因降雨引起黄土边坡坡面上形成冲沟和滑坡现象，还避免了粗砂层下的黄土地层因毛细现象蒸发深层水份，使得粗砂层饱和含水后下渗到底层黄土地层的水分得以保持，以利于植物的生长；本实用新型的施工方法利用土水势原理，将砂土用于黄土边坡的治理，结合工程施工与生态治理，提高黄土边坡的稳定性，施工简单易行，成本低廉。