【摘 要】
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我国南方花岗岩母质发育的红壤地区存在严重的崩岗侵蚀,其起源和发育过程需进一步揭示。花岗岩红壤坡面由细沟发育而来的龛沟,有着与一般侵蚀沟不同的形态特征,其可能是崩岗的初始形态。推测花岗岩红壤剖面“上红（黏）下砂”的土层结构是龛沟发育的物质基础,但龛沟形成的过程机理并不清楚。本文研究细沟发育过程中微型崩塌特征及其发生的水力学条件,旨在探究龛沟形成和发育机理。在湖北省通城县杨垄小流域花岗岩母质红壤坡面采
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“崩岗区龛穴起始发生过程的土壤水动力作用机理”（42177307）；
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我国南方花岗岩母质发育的红壤地区存在严重的崩岗侵蚀,其起源和发育过程需进一步揭示。花岗岩红壤坡面由细沟发育而来的龛沟,有着与一般侵蚀沟不同的形态特征,其可能是崩岗的初始形态。推测花岗岩红壤剖面“上红（黏）下砂”的土层结构是龛沟发育的物质基础,但龛沟形成的过程机理并不清楚。本文研究细沟发育过程中微型崩塌特征及其发生的水力学条件,旨在探究龛沟形成和发育机理。在湖北省通城县杨垄小流域花岗岩母质红壤坡面采样进行室内冲刷试验,并调查采样地周边小流域侵蚀沟的形态特征。室内土槽冲刷试验设计2个坡度（中坡20°和陡坡40°）以及2个冲刷径流量（低3 L/min和高6 L/min）,分别在3个不同土层结构（单一红土层H、单一砂土层S、上红下砂层状土层HS）进行细沟冲刷试验,监测细沟发育过程中沟道形态、土壤流失量和径流水力特性,微型崩塌发生的时间、位置、崩塌量以及微型崩塌发生时的地形状态和水力性质。得到以下主要结果:（1）花岗岩红壤红土层为壤土,砂土层为砂壤土,红土层与砂土层相比质地细,有更强的抗侵蚀能力;红土层饱和导水率（0.98 cm/d）要小于砂土层（3.78 cm/d）;红土层具有较强的持水能力,在较高基质吸力（100 k Pa）时含水量比砂土层高0.03 cm3/cm~3;在相同含水量下,红土层有较高的抗剪强度。红土层能在一定程度上保护下方砂土,减少坡面侵蚀。（2）野外调查发现,细沟和龛沟在沟深、沟道上下宽存在明显差异。花岗岩坡面细沟沟道呈“V”或“U”字型,龛沟是细沟在局部进一步发育的结果,外观呈上窄下宽、内凹的龛穴。细沟的最大沟深/上宽比值为0.40-1.43,而龛沟为3.75-10.67。细沟最大下宽/上宽比值为0.75-1.00,龛沟为1.30-3.50。初步提出沟道最大深/上宽3.75和最大下宽/上宽1.30为细沟和龛沟的界限。（3）冲刷试验中HS土层结构,细沟更容易发育为龛沟且其存在时间更久。在陡坡高径流量下,HS与S的龛沟结束时的最大横截面积分别为1102.5 cm~2和247 cm~2,陡坡高径流量更有利于HS龛沟的形成与发育。不同土层结构下,土壤流失量都为陡坡高径流量处理大于中坡低径流量;但在中坡处理时,HS土壤流失总量小于S而在陡坡时相反。结果表明HS的上层红土在小坡度情况下可以保护下层砂土,而陡坡时则通过形成剧烈的微型崩塌促进整个土体侵蚀。（4）土层结构对产生龛沟需要的径流雷诺数有影响。S、H、HS产生龛沟的雷诺数分别是1200-1500、大于2000、1000-2100,说明HS更有利与龛沟发育。龛沟发育过程中频繁的微型崩塌造成径流紊乱。（5）HS和S微型崩塌的差异导致了二者之间土壤流失量的差异。HS处理中,单次崩塌量大于1.00 kg的微型崩塌最多,其HS的H层增强了沟壁整体的抗剪强度,使土块达到足够的自重才能崩塌。微型崩塌的临界角度（沟壁竖向角度）大于90°,且与临界高度呈显著负相关,而且抗剪强度的平均值大小为HS的H层＞H＞S＞HS的S层,说明重力失稳是微型崩塌的主要原因。微型崩塌时孔隙水压力平均值H＞S＞HS,结果表明HS土层结构中微型崩塌更容易发生。本研究结果表明,花岗岩红壤上红下砂的土层结构是坡面细沟发育过程中龛沟出现的有利因素,其独特的土层结构降低了微型崩塌产生的水动力条件,更容易通过微型崩塌发育龛沟。
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