近年来随着国民经济飞速发展,大规模交通、水利、电力等建设项目不断增多,生产建设项目施工扰动已成为人为水土流失的主要原因。生产建设项目中倾倒、堆置形成的工程堆积体多具有“平台—陡坡”结构,在短历时、强降雨条件下,平台汇流形成的上方来水会引发剧烈的土壤侵蚀。目前针对工程堆积体的研究方式大多基于室外模拟径流清水冲刷试验,而实际坡面冲刷过程中上方来水都是具有一定含沙量的,与实际情况不相符合,因此开展含沙水流冲刷试验研究显得尤为必要。本文采用野外模拟径流冲刷试验,对比分析不同浓度含沙水流(含沙浓度分别为0%、4%、8%)冲刷条件下黄土堆积体坡面产流产沙规律、水动力学过程及侵蚀泥沙颗粒的分选的差异性,深化黄土工程堆积体坡面侵蚀规律。对科学认识堆积体坡面的侵蚀机理、合理配置水土保持措施体系具有重要的科学意义与生产应用价值。得出的主要结论如下:(1)试验条件下,3种浓度含沙水流(0%、4%、8%)冲刷下坡面产流产沙率及其波动性大小均表现为0%>4%>8%。各浓度含沙水流冲刷条件下,坡面产流产沙率及其波动性均随放水流量、坡度增大而增大。含沙水流含沙量越大,累积产流产沙量越小(0%>4%>8%);流量、坡度越大,累积产流产沙量越大。坡面累积产流量与累积产沙量之间呈极显著的线性关系(R~2>0.99,P<0.01)。(2)试验条件下,3种浓度含沙水流(0%、4%、8%)冲刷下坡面径流流速、雷诺数、径流剪切力、径流功率大小均表现为0%>4%>8%,弗汝德数与含沙水流含沙量间关系不显著。各试验条件下坡面径流的弗汝德数均大于1,径流流态为急流,主导作用力为惯性力。含沙水流的含沙量越接近0%,径流的流型流态变化越复杂。径流流型由层流转变为过渡流的临界条件为放水流量大于12 L/min、坡度大于28°。径流的流型流态中,流型主要影响坡面产流产沙率,流态影响微弱。(3)通过分析各水动力学参数与坡面产流产沙的相关关系得到:雷诺数和径流功率是与坡面产流相关性最高的两个参数,含沙水流冲刷下各水动力学参数与产流率相关性大小排序为:雷诺数>水流功率>水流剪切力>水深>流速>弗汝德数;按照与产沙率相关性大小排序为:水流功率>雷诺数>水流剪切力>流速>水深>弗汝德数;按对坡面产流产沙率整体影响大小的顺序排序为:水流功率>雷诺数>水流剪切力>流速>水深>弗汝德数。径流功率是影响坡面产流产沙率的最主要因子,雷诺数次之,弗汝德数与坡面产流产沙率相关性最低。(4)试验条件下,含沙水流冲刷下坡面侵蚀泥沙颗粒中粉粒和砂粒占主导地位,粘粒仅占极小比例。分散处理前侵蚀泥沙中细颗粒(粘粒+细粉粒)所占比例随放水流量、坡度变化整体呈减小趋势,但与含沙水流含沙量间的规律不稳定,呈微增趋势。分散处理后的泥沙颗粒变化与分散前总体一致,但是与含沙水流含沙量间的规律趋于稳定,表现为含沙量越大,侵蚀搬运的细颗粒泥沙越多。分散前后细颗粒(粘粒、细粉粒)含量均与分形维数呈极显著的线性关系(R~2>0.81,P<0.01),且分散前的拟合优度高于分散后。(5)试验条件下,3个浓度含沙水流(0%、4%、8%)冲刷下堆积体坡面侵蚀的细颗粒泥沙(粘粒+细粉粒)富集率变化规律整体表现为随含沙浓度增大而增大(0%<4%<8%),随坡面延程增加而减小(坡上>坡中>坡下),说明侵蚀发生时坡面上部质地最差,越往下质地相对较好。坡上部位泥沙颗粒富集率随坡面坡度、放水流量变化的规律性较强,坡中部位随放水流量的规律性较强,坡下部位与含沙水流含沙量规律较好。含沙水流冲刷下坡面侵蚀泥沙细颗粒团聚率随含沙量增大而减小(0%>4%>8%),随坡面延程增加而减小(坡上>坡中>坡下)。侵蚀泥沙团聚率在整个坡面随放水流量呈规律性变化,坡下部位与坡度关系显著,各个坡位与含沙水流含沙量间的规律不显著。