土工格室防治坡面型泥石流啟動機理研究

王子寒，張 彪，景曉昆，肖成志，黃 達

（河北工業(yè)大學土木與交通學院，天津 300401）

引言

泥石流是非常普遍的一種災害形式，會造成眾多人員傷亡和巨額財產損失，因此對于泥石流的啟動機理及防治措施的研究具有重要工程意義。土工格室作為一種出現于20世紀80年代的新型土工合成材料，主要由高強塑料片材、HDPE帶等通過焊接或扣接形成蜂窩狀立體網格結構，被廣泛應用于地基處理、道路修筑、邊坡防護與擋土墻修筑等工程中。土工格室作為一種坡表淺層防護手段，在邊坡淺層防護方面取得了較為廣泛的應用，而坡面型泥石流的啟動與淺層滑坡極為相似，土工格室用于防治坡面型泥石流災害方面的研究相對較少。

目前國內、外學者針對坡面型泥石流的啟動機理開展了眾多物理模型試驗研究［1-3］，高冰等［4］、周健等［5］通過對降雨誘發(fā)的坡面型泥石流進行模型試驗研究，監(jiān)測不同降雨強度下砂土顆粒的運動規(guī)律及孔隙水壓力，對泥石流啟動時的臨界降雨強度進行了初步探索，發(fā)現水流在土體內部的滲流運動規(guī)律會隨著降雨強度的變化而變化。陳宇龍等［6］進行了大尺寸降雨觸發(fā)滑坡泥石流的室內試驗，對模型體破壞過程中傾斜角、水的體積分數、聲發(fā)射現象等進行了監(jiān)測分析，結合試驗現象發(fā)現，模型體的失穩(wěn)與坡面徑流的形成和模型土體內部細顆粒遷移密切相關。Cui等［7］通過試驗手段對降雨作用下土體內部的細顆粒遷移規(guī)律進行了深入研究，發(fā)現細顆粒會隨水流在重力作用下向坡趾遷移，并堵塞孔隙，增加土體局部孔隙水壓力，同時，細顆粒表面形成的水膜降低了顆粒間的咬合力。左自波等［8］、周健等［9］分別通過室內模型試驗和離心機模型試驗，對不同顆粒組分的土體模型進行了降雨條件下的坡面型泥石流試驗，結果顯示模型土體級配的變化會對模型體的破壞模式產生較大的影響。

在坡面型泥石流防治方面，土工格室作為一種新型土工合成材料，其對松散堆積土體的淺層加固效果顯著［10-11］。土工格室對坡體穩(wěn)定性具有加強作用，而降雨誘發(fā)坡面型泥石流啟動過程中，土性隨雨水侵入時刻發(fā)生變化，其機理更加復雜，格室的作用機制，尤其是對雨水運動規(guī)律方面的影響仍不清晰。同時土體顆粒級配對坡面型泥石流的啟動影響顯著，但是將格室與顆粒級配相結合的系統性研究成果較少。

文中基于降雨條件下坡面型泥石流啟動的室內水槽試驗，將土工格室與不同級配坡體結合，對土工格室應用于坡面型泥石流防治的特征現象，及其對不同級配坡體的適用性進行了分析，研究了土工格室應用于坡面泥石流防治的效果，給出土工格室應用于不同級配土體的建議。考慮到泥石流一旦發(fā)生將很難進行防治，同時土工格室更多是在失穩(wěn)前發(fā)揮作用，因此文中沒有對泥石流體及后續(xù)流動狀態(tài)進行研究，而是著眼于不同細粒含量下，土工格室用于防治坡面型泥石流的啟動機理。

1 降雨誘發(fā)坡面型泥石流水槽試驗

1.1 試驗發(fā)生裝置

本試驗設備如圖1所示，包括泥石流發(fā)生裝置，降雨調控裝置，測量及記錄裝置。泥石流發(fā)生裝置為底部及四周側壁厚度均為1 cm的玻璃槽，槽底粘木板，在木板上用玻璃凝膠粘當量砂土，模擬坡體基巖部分。玻璃水槽尺寸為150 cm×30 cm×40 cm，出料玻璃面下部分開口，開口尺寸為30 cm×20 cm。泥石流發(fā)生裝置承臺采用自制液壓變坡裝置，可調角度范圍20°～45°。

砂土坡體試樣形狀為直角梯形，坡體上邊長度50 cm，下邊長度80 cm，寬度30 cm，坡體厚度15 cm，將坡體中與承臺平行的部分稱為斜坡，與承臺成角度的部分稱為角坡。

1.2 降雨調控裝置及測量設備

降雨設備由可調節(jié)強度的霧化噴頭以及若干內徑為8 mm塑料軟管組成，將4個霧化噴頭按合適間距通過塑料軟管以串聯的方式連接。入水口處通過設置玻璃轉子流量計（LZB-6WB），調節(jié)降雨強度，量程范圍為100～1 000 ml/min。

泥石流常發(fā)生在強降雨地區(qū)，而降雨在一定時期內并不均勻，歷時越短，短期降雨量應當更大。考慮到坡體試樣尺寸和實際降雨效果，試驗時擬定降雨強度為600 ml/min［12-13］，對照氣象監(jiān)測常用雨強單位（mm/h），按均勻降雨轉換關系如表1所示。

圖1 試驗設備圖Fig.1 The equipment configuration in tests

表1 降雨強度關系轉化表Table 1 Transformation table of rainfall intensity

為了監(jiān)測泥石流發(fā)生形態(tài)和泥石流發(fā)生時的含水率，試驗中采用尼康D3500數碼相機記錄試驗現象，并用于后續(xù)的位移場分析；同時利用高周波水分儀，監(jiān)測試驗時含水率的變化，測量范圍為0～100%，具有0.01%的分辨率，掃描深度為50 mm，探針直徑6 mm，對泥石流坡體試樣整體影響較小。

1.3 試驗材料及方案

文中采用的室內水槽試驗，屬于小型試驗，沒有針對具體某一工程或某一類土體進行相似模型設計，而是采用不同細粒含量的常規(guī)砂土進行普通的物理試驗，研究土工格室的加固機理。為突出顆粒粒徑的影響，通過篩分進行不同級配土體的設計，繼而進行對比試驗，控制0.075 mm以下細顆粒占比分別為5%、10%、15%、20%和25%。試驗共分為10組，無格室試驗組分別記為G1～G5，有格室試驗組為G1-1～G5-1，對應試驗組級配相同，其顆粒級配曲線如圖2所示。實際工程中格室尺寸較大（例如：高度200 mm，焊點距離400 mm），試驗時按比例縮尺，采用HDPE板自制高20 mm，焊點距離40 mm的格室模型，焊點采用錯位插入替代，用細鐵絲固定，如圖3所示。

圖2 土體級配曲線Fig.2 Grading curves of soil

圖3 土工格室模型Fig.3 Geocell model

各組試驗土體的初始含水率保持在5%，用降雨設備進行模擬降雨，通過數碼相機記錄泥石流發(fā)生過程，含水率測量儀器埋置深度為距離模擬基巖5 cm處，記錄試驗坡體含水率的變化過程。通過前期研究發(fā)現［14］，適當增大雨強，能夠保證泥石流啟動時間的穩(wěn)定性，有效避免偶然因素的干擾。當試驗采用承臺角度為30°，降雨強度600 ml/min時，在該坡度及降雨條件下，泥石流的啟動現象有足夠的廣域，結果更具代表性。各組試驗中泥石流啟動的時間較早，都在12 min以內，短時強降雨的累計降雨量并不大。通過對比普通的物理試驗結果，對格室防治泥石流啟動的效果和機制進行分析，并對其適用性進行評價。

2 試驗現象及位移場分析

2.1 無格室試驗組土體破壞過程分析

無格室防護試驗組共進行5組試驗，試驗編號為G1～G5，分別代表0.075 mm以下細顆粒含量占比逐漸增多，其目的為針對不同級配坡體進行降雨試驗研究。試驗中以坡體發(fā)生連續(xù)滑動為泥石流啟動的標準，啟動時較為突然，并伴隨前側土體大部分滑落，中部土體坡表出現貫通裂縫，含水率探頭露出等現象。

由于降雨初期試驗現象不明顯，選取試驗中、后期破壞現象明顯時刻進行分析。同時，利用數字圖像分析軟件Geodog對試驗過程中泥石流坡體側表面的位移場進行計算分析。G1、G3和G5組的試驗正視圖和側面位移場云圖分別如圖4～圖6所示；G2、G4試驗組現象規(guī)律分別與G1、G5試驗組較為一致，限于篇幅，此處不再贅述。

圖4 G1試驗現象及位移場云圖Fig.4 Phenomenon and displacement field of test G1

圖5 G3試驗現象及位移場云圖Fig.5 Phenomenon and displacement field of test G3

圖6 G5試驗現象及位移場云圖Fig.6 Phenomenon and displacement field of test G5

圖4為細顆粒占比5%的G1組試驗現象及位移場云圖。隨著降雨進行，坡面雨水匯集較少，大部分沿坡體下滲，浸潤部分土體的強度逐漸減小，坡面裂縫發(fā)展形成明顯主裂縫，其位移場表現為坡體中部數值較大，位移帶呈弧形，且有向土體內部發(fā)展趨勢，位移中值13.7 mm。降雨后期，土體抗滑力較低，坡體后側裂縫發(fā)展，坡體中部土體沿滑動面滑動，275 s時形成大規(guī)?；碌钠旅嫘湍嗍鳎晃灰茍鲅赝馏w薄弱層呈弧形向坡腳處發(fā)展，位移中值62.1 mm。G2試驗組歷時360 s時泥石流啟動，現象與G1組類似。

G3組土體細顆粒占比為15%，如圖5所示。隨著降雨進行，坡腳單側形成缺口且缺口逐漸擴大，坡體表面在雨水沖刷力作用下，沿淺層滑動面滑動，呈現流動特征，位移中值17.7 mm。降雨后期，坡體后部出現明顯張拉裂縫，形成具有侵蝕型和滑坡型特征的過渡型坡面泥石流，位移集中發(fā)生在坡體中上部，位移中值21.7 mm。415 s時坡體單側形態(tài)相對完整，土體表層有滑落趨勢，泥石流即將啟動。

G5試驗組土體細顆粒較多（圖6），隨著降雨進行，坡體表面雨水匯集，雨水沖刷表層細小顆粒，坡面形成泥石流漿體并發(fā)生明顯的表層侵蝕現象，最大位移發(fā)生在坡面拐點附近，約為45.3 mm。降雨后期，坡面侵蝕程度加深，水土混合漿體匯聚量增大，位移帶由坡表向內部擴散，位移中值為38.7 mm，約515 s時形成侵蝕型坡面泥石流。G4試驗組現象與G5組基本相同，約493 s時泥石流啟動，不再贅述。

由以上試驗現象可知，坡面型泥石流的啟動時間、形態(tài)會隨著土體中細顆粒含量的不同呈現規(guī)律性變化，當細顆粒含量從5%增加至25%時，泥石流啟動用時逐漸增長，啟動形態(tài)由顯著的滑坡型逐漸轉變?yōu)榍治g型，其中滑坡型坡面泥石流啟動時的最大位移整體上比侵蝕型大，過渡型啟動時的最大位移值最小。將各試驗組泥石流啟動形態(tài)、啟動時間和位移模式進行總結，如表2所示。

表2 G1～G5組試驗結果Table 2 Test results of G1～G5

2.2 格室防護試驗組土體破壞過程分析

為研究土工格室對坡面型泥石流啟動的影響，進行5組對比試驗，編號分別為G1-1～G5-1，各組試驗的土體級配和試驗條件分別與無格室試驗組相同。考慮到格室應在坡體的潛在薄弱面處進行加固，實際工程中也難以做到坡體表面全覆蓋鋪設；另外，坡面型泥石流啟動試驗中斜坡和角坡均有可能開裂滑動，因此格室采用分離式鋪設，分前、后兩部分進行加固［10-11］。格室防護試驗組以角坡區(qū)域的格室及坡體大部分滑落，或者斜坡處格室及坡體發(fā)生連續(xù)滑動為泥石流啟動標準。格室的鋪設（制樣中）如圖7所示。

經格室加固后，各試驗組的啟動模式比較接近，限于篇幅，僅將G1-1和G1-5的試驗現象及位移場云圖示于圖8～圖9，其他組試驗結果列于表3中。

圖7 格室鋪設效果圖Fig.7 Geocell laying picture

圖8 G1-1試驗現象及位移場云圖Fig.8 Phenomenon and displacement field of test G1-1

圖9 G5-1試驗現象及位移場云圖Fig.9 Phenomenon and displacement field of test G5-1

圖8為細粒占比為5%的G1-1組試驗結果，隨著降雨進行，角坡土體逐步呈現滑落趨勢，但由于格室的加筋作用其整體性保持良好。降雨后期，隨著表層細顆粒被沖走，格室層逐漸顯露，土體與格室連接處形成積水；位移集中在坡體中部，向斜下方形成推力，造成坡角格室滑落，約360 s時坡面泥石流啟動。

G5-1組試驗結果如圖9所示，由于細粒含量較多，隨著降雨進行，土體與格室連接處積水增多，促使雨水入滲，并造成格室層土體重度增加；角坡土體滑落，斜坡土體也出現滑動趨勢。降雨后期，隨格室層的顯露，坡體表層徑流不斷沖刷坡表和格室，部分格室中土體被掏空。約690 s時，角坡處格室攜帶大量土體滑落，坡面泥石流正式啟動；最終位移擴散范圍近似于土工格室的厚度，位移帶邊界輪廓較清晰。

G2-1、G3-1、G4-1試驗組泥石流啟動時間分別為410、420、515 s，如表3所示。

表3 G1-1～G5-1組試驗結果Table 3 Test results of G1-1～G5-1

各組試驗破壞現象大致相同，降雨初期角坡遭沖蝕直至大量土體滑落。隨著降雨進行，角坡處格室最終滑落，斜坡格室?guī)硬糠滞馏w向斜下方運動。隨著各試驗組細顆粒含量的增多，泥石流啟動時土體位移由深層擴散逐漸轉變?yōu)楸韺舆\動模式。限于篇幅，不再逐一列出。

綜上所述，相較于無格室試驗組，有格室防護試驗組坡體表面侵蝕現象不明顯，雨水以入滲為主，土體整體性較好，各試驗組坡體破壞形態(tài)并無顯著區(qū)別。由于格式的加筋作用，各試驗組泥石流啟動形態(tài)均為土體大量滑落的整體性破壞，與無格室防護試驗組相比具有明顯的不同，且加大了破壞方量。對比位移云圖，有格室防護試驗組位移帶輪廓清晰規(guī)則，沿格室厚度發(fā)展，加固作用十分明顯。

2.3 土體含水率變化規(guī)律分析

以坡體內部不同位置的含水率作為參量，進一步研究格室加固作用對坡面泥石流啟動過程的影響。如圖1所示，為減小埋置含水率探頭對試驗的影響，每組試驗選取距離坡底5 cm處的A、B兩個位置進行土體含水率監(jiān)測，其中點A位于斜坡中下部靠近與角坡的交點處；點B位于斜坡的中上部。選擇G1、G3、G5和G1-1、G3-1、G5-1共3對6組試驗在A、B兩個位置，有、無格室防護時的含水率變化情況進行對比分析，如圖10～圖12所示。

圖10為細顆粒含量為5%試驗組的含水率變化曲線，可見進行格室加固后，含水率開始增長的時間延后，同時泥石流啟動時的含水率更高。與土體相比，格室可以看作是不透水的，雨水不能直接向下滲流，而是必須先繞過格室再繼續(xù)滲流，相當于延長了雨水的滲流路徑，阻礙了水分在土體中的流動，造成含水率增加的時間延后。格室的加固作用造成泥石流啟動時間延長，進而使得格室防護組的含水率更高?？梢姡藭r的土工格室主要起到加筋固土、蓄水以及增加雨水滲流路徑的作用。

圖10 G1和G1-1試驗組含水率變化曲線Fig.10 Change curves of moisture content of test G1 and G1-1

圖11 G3和G3-1試驗組含水率變化曲線Fig.11 Change curves of moisture content of test G3 and G3-1

圖12 G5和G5-1試驗組含水率變化曲線Fig.12 Change curves of moisture content of test G5 and G5-1

圖11為細粒含量15%試驗組的含水率變化曲線，兩組坡面泥石流試驗的啟動時間比較接近。與圖10相比，每組試驗在點A處含水率開始增長的時間明顯早于B點，說明細顆粒含量的增加造成土體滲透性降低，在重力和降雨沖刷的作用下，位于同一深度，位置更低的A點會率先浸潤。另外，土工格室與土體的界面處會形成排水通道，促使雨水向坡體深處滲流，造成格室組泥石流啟動時A、B點處的含水率接近。無格室組在B點處的含水率增長太晚，尚未達到穩(wěn)定泥石流就已經啟動，與A點處含水率差別較大。

圖12為細顆粒含量25%試驗組的含水率變化曲線，格室防護組含水率開始增長的時間明顯早于無格式組，說明細顆粒含量較多，雨水在土體中入滲緩慢，格室與土體界面處的排水通道成為關鍵作用，促使雨水向深處流動。另外，雨水入滲較慢，還會促使徑流增加，細顆粒被沖刷后，在格室網格內會形成凹陷，形成雨水積聚，進一步加快了沿排水通道向土體深處滲流的速度。無格室組在泥石流啟動時，B點的含水率才開始增加，說明B點以下的坡體并沒有完全潤濕，坡體即發(fā)生了破壞。

由以上分析可見，格室防護試驗組泥石流啟動時的含水率普遍高于無格室試驗組，啟動時間也普遍晚于無格室組，體現出土工格室在泥石流防護中的蓄水和加固作用。同時，當粗顆粒含量較多時，土體滲透性較強，格室還起到增加滲流路徑，減緩滲流的作用；當細顆粒含量較多時，土體滲透性變差，格室與土體界面的排水通道，促使雨水向土體內部滲流，格室起到排水并減緩沖刷的作用。

3 土工格室防護效果分析

土工格室的加固能夠延緩泥石流啟動，提高土坡蓄水能力，并能在一定程度上調節(jié)雨水的入滲速度。各組試驗過程中發(fā)現坡體形成泥石流破壞時的方量也有所不同，而啟動時間和滑坡方量常用來評價泥石流災害［15-16］。因此，文中根據有、無格室防護坡體時泥石流啟動時間的對比，以及泥石流的坡面啟動比等因素對土工格室防護效果做出評價。

3.1 啟動時間的延長程度

圖13為細顆粒占比從5%增加到25%時，泥石流啟動時間的對比。通過格室的加固作用，啟動時間延長值依次為：85、50、5、22、175 s。盡管觀測數據有限，但為了更加直觀地反映格室的加固作用，以土工格室在不同級配土體中發(fā)揮作用的程度作為衡量標準，以細顆粒占比為橫坐標，相對于無格室防護時啟動時間的延長程度（百分比）為縱坐標，繪制散點圖并擬合相應的趨勢線如圖14所示。

圖13 泥石流啟動時間對比Fig.13 The comparison on starting time of debris flow

圖14 啟動時間延長比與細顆粒占比關系Fig.14 Relationship between elongation ratio of startup time and proportion of fine particles

將細顆粒占比作為自變量，用符號u表示；啟動時間延長比作為因變量，用符號T表示，可得：

其擬合度達到0.946 54，擬合結果較為理想。

由此可見，各組試驗土工格室對泥石流啟動時間的延長作用并不相同，與細顆粒占比之間呈二次拋物線的關系。這表明：隨著土體顆粒級配的變化，在細顆粒含量由5%增長到25%的范圍內，土工格室對泥石流啟動時間的延長程度先降低再升高。對于G1組（滑坡型）和G5組（侵蝕型），格室的加固使泥石流啟動時的破壞模式改變，延緩了泥石流的啟動時間，格室加固作用明顯。對于細粒含量為15%的G3試驗組（過渡型），格室加固作用并不顯著。

通過試驗結果對比發(fā)現，G3試驗組破壞形態(tài)在前期以表層土體沖刷侵蝕為主，后期又轉變?yōu)闇\層土體滑落，與G3-1組結果（格室裹挾土體滑落）接近。G3試驗組的位移場與G3-1組也近似，滑移土層厚度基本都是圍繞格室厚度發(fā)展，并在斜坡中部附近產生最大位移。另外，含水率分析表明，兩組試驗在坡體前部（A點）含水率非常接近，在其發(fā)生滑坡的淺層區(qū)域含水率基本一致。可見，當土體細粒含量在某一中等范圍（15%）變化時，土工格室不能對坡體的破壞模式造成明顯改變，使得加固作用減弱。

3.2 坡面啟動比的影響

坡面啟動比為失穩(wěn)坡體體積占總體積的比值，但由于缺少相關儀器以及經驗，未能在試驗中掃描土體立體變化來分析。考慮到水槽寬度（30 cm）并不大，試樣和降雨在寬度方向上相對均勻，采用崩滑坡體的側面積比，來代表整個坡體的體積變化，雖具有一定的誤差，但也能反映坡面啟動比的變化規(guī)律?？紤]到無格室組泥石流的啟動形態(tài)差異較大，而格室防護試驗組的啟動形態(tài)較為一致；將格室防護組泥石流啟動時的坡體側表面崩滑區(qū)域與整體面積的比值作為參考依據，對土工格室的防護效果進行分析。

坡面啟動比的計算及圖像處理方法如下：

（1）以G3-1試驗組坡面泥石流啟動時的側表面圖像為例，在其上進行描點并連線，得到崩滑區(qū)域與穩(wěn)定區(qū)域的分界線，該分界線與原坡體的邊界線形成空差區(qū)域，即為崩滑區(qū)，如圖15所示。崩滑區(qū)內也會出現從坡體后方滑落進來的砂土，后方滑落土體也應計入到崩滑區(qū)的面積。

（2）以像素坐標為標準，使用CAD繪圖軟件再現相應的圖形形狀，測量崩滑區(qū)面積和原坡體的側表面積，進而得到破壞崩滑區(qū)域占總體區(qū)域的比值（圖15），稱為坡面啟動比，用符號P表示。

按上述方法依次計算格室防護試驗組的坡面啟動比，結果如表4所示。為了更直觀地反映不同細粒含量時，坡面啟動比的變化規(guī)律，以細粒占比為橫坐標，坡面啟動比為縱坐標，擬合趨勢線如圖16所示。

坡面啟動比P與細顆粒占比u的擬合關系為：

其擬合度為0.974 19，線性擬合關系較為合理。

圖15 崩滑區(qū)域示意圖Fig.15 The schematic diagram of landslide zone

圖16 坡面啟動比與細顆粒占比關系Fig.16 Relationship between slope starting ratio and proportion of fine particles

表4 坡面啟動比Table 4 The slide area proportion of slope

由以上分析可知，隨著土體細顆粒含量的增加，坡面型泥石流啟動時產生的崩滑區(qū)與整體模型的比值隨之變小。細顆粒占比增加，格室與土體界面處形成主要排水通道，使得格室區(qū)域含水率增加，重力增加的同時而強度減弱，與下部土體間的摩擦力減小，最終，格室裹挾土體滑落時對周圍土體的牽連作用變小，坡面啟動比也隨之減小。

4 不同細粒含量下格室加固機理分析

文中采用對比試驗討論不同細粒含量下土工格室的加固機制，通過對啟動現象、啟動時間、位移場、含水率等參數變化規(guī)律的分析，以及利用時間延長比和坡面啟動比對格室防護效果的評價，總結出當細粒含量變化時，土工格室對坡面型泥石流啟動的防治機理：

（1）土工格室對坡體表層加固作用顯著，能夠改變坡面型泥石流啟動時的破壞形態(tài)。當細顆粒含量從5%增加至25%時，無格室加固的坡面型泥石流啟動形態(tài)由滑坡型→過渡型→侵蝕型轉變；而采用格室加固時，啟動形態(tài)基本一致，都是格室裹挾土體滑落，區(qū)別在于滑坡方量逐漸減小。

（2）采用土工格室加固坡體表層，能夠延長坡面型泥石流的啟動時間。當土體細顆粒含量增加時，泥石流啟動的時間總體上會延長；但相較于無格式防治的情況，格室加固對泥石流啟動時間的延長比隨細粒含量的增加呈現先減小后增大的趨勢。當土體細粒含量在某一中等范圍變化時，有/無格室加固的坡體均表現為淺層滑動破壞，格室未能引起破壞模式的明顯改變，對啟動時間的延長作用并不顯著。

（3）格室加固延緩了坡面型泥石流的啟動，但也容易造成啟動時破壞方量的增大。無格室加固情況下，滑坡型破壞時方量最大，過渡型破壞時最小；有格室加固時，隨細粒含量的增加，坡面啟動比逐步減小。細粒含量較多時，由于格室增強了表層土體的整體性，裹挾土體滑落時引起坡表的破壞方量反而增大。

（4）土工格室在坡面泥石流防治中起到蓄水和加固作用，并能夠對雨水入滲進行調配。格室防護時的含水率普遍更高，啟動時間也普遍晚于無格室加固的情況，蓄水及加固作用明顯。當粗顆粒含量較多時，土體滲透性較強，格室還起到增加滲流路徑，減緩滲流的作用；當細顆粒含量較多時，土體滲透性變差，格室與土體界面的排水通道，促使雨水向土體內部滲流，格室起到排水并減緩沖刷的作用。

可見，土工格室對于防治坡面型泥石流啟動具有非常積極的作用，能夠使坡體表層連成整體，并適當調配雨水入滲，延緩泥石流啟動時間；但當細粒含量適中時，效果并不顯著。另外，盡管在格室防護下坡面整體性較好，啟動時間延長，但當細粒含量較大時，一旦發(fā)生泥石流的破壞方量會更大。鑒于土工格室對不同細粒含量坡體的加固特性，需結合其他防治手段，實現對坡面泥石流的啟動進行更有效防治。

5 結論

針對不同級配坡體在有/無格室防護時的人工降雨室內試驗，通過對啟動現象、啟動時間、位移場、含水率等參數的分析，總結了格室對坡面型泥石流啟動規(guī)律的影響；并以時間延長比和坡面啟動比為標準，對土工格室的防護效果進行了分析。主要結論如下：

（1）無格室防護時，泥石流的啟動時間、形態(tài)會隨土體中細顆粒含量的不同呈現規(guī)律性變化，當細顆粒含量從5%增加至25%時，泥石流啟動用時逐漸增長，啟動形態(tài)由滑坡型轉變?yōu)榍治g型；其中滑坡型的坡面泥石流啟動時最大位移整體上比侵蝕型大，而過渡型的泥石流啟動時最大位移值最小。

（2）有格室防護時，坡體表面侵蝕現象不明顯，土體整體性較好，坡面泥石流啟動形態(tài)均為格室牽連下土體大量滑落的整體性破壞，但破壞方量有所增加。隨著細顆粒含量的增多，泥石流啟動時土體位移由深層擴散逐漸轉變?yōu)楸韺舆\動模式；隨著降雨的進行，位移帶沿格室厚度發(fā)展，加筋作用顯著。

（3）格室防護組泥石流啟動時的含水率普遍更高，啟動時間也更晚，體現出土工格室的蓄水和加固作用。粗顆粒含量較多時，格室還起到增加滲流路徑，減緩滲流速度的作用；當細顆粒含量較多時，格室與土體界面形成排水通道，促使雨水向土體內部滲流，格室起到排水并減緩沖刷的作用。

（4）隨細顆粒含量的增加，土工格室對泥石流啟動時間的延長比呈現先降低再升高的二次拋物線關系；當細粒含量在中等范圍變化時，格室對啟動時間的延長作用并不顯著。坡面啟動比隨細粒含量增加呈現逐漸減小的線性關系；細粒含量較高時，與無格室情況相比，格室的牽連作用會造成破壞方量增大。