随着生产建设项目数量不断增加和类型多样化,各种工程建设活动在施工过程中形成了大量的工程堆积体,使原地貌单元不断被塑造成特殊的人为地貌单元。工程堆积体作为一种物质组成极不均匀、离散程度很大的土石混合物,其结构松散、内摩擦角和粘聚力小、植物根系与有机质缺乏,是人为水土流失的主要地貌单元。在降雨或暴雨条件下,其强烈的水土流失破坏了土地资源和生态平衡。由于工程堆积体发生来源和土石含量不同,不同工程堆积体在地表径流冲刷作用下的土壤侵蚀特征差异性较大。本文以重庆市生产建设中广泛存在的紫色土堆积体和黄壤堆积体为研究对象,通过野外调查及土工试验方法,分析了其来源特征及物理性质变化特征；采用野外实地放水冲刷法及水力学、泥沙运动力学等理论,深入研究了不同土石比工程堆积体边坡坡面径流侵蚀过程中水动力学参数变化特征、坡面入渗、产流、产沙过程及细沟发育过程,建立了边坡坡面水沙关系方程及侵蚀临界条件；通过研究不同土石比工程堆积体物理性质、水动力学参数、径流泥沙及细沟发育特征,深入分析工程堆积体边坡坡面土壤侵蚀过程,并进一步探讨其边坡失稳机制,可为生产建设项目水土流失量预测和水土保持措施布置提供基本参数和技术依据。主要结论如下：(1)不同土石比工程堆积体边坡物理性质特性差异明显。土质(≤10mm)含量较高时,土体容重、非毛管孔隙均较小,而毛管孔隙较大,有利于边坡植物恢复,但其丰富土质或细颗粒是径流侵蚀的泥沙来源；而石质(>10mm)较高时则相反,其水土流失发生的可能性较小。紫色土和黄壤堆积体土质含量均表现为土质>偏土质>土石混合质,其中紫色土依次为86.47%,79.19%和57.16%,黄壤依次为76.88%和60.69%,而石质含量则相反,除土质紫色土外,其它堆积体颗粒分布均匀且级配良好；紫色土堆积体十体容重以土质(1.317g/cm3)最小,土石混合质最大(1.562g/cm3),而黄壤堆积体为偏土质大于土石混合质；两种堆积体体边坡冲刷前的初始含水率均表现为土质>偏土质>土石混合质,土质含量多的堆积体较含量少的侵蚀危险性越高。工程建设形成的各种扰动地貌单元降低了项目区水源涵养功能,其中3a,2a和1a弃渣堆积体土壤有效库容比原地貌中最小的坡耕地依次减少了12.3%,16.8%,22.7%。(2)不同土石比工程堆积体边坡坡面径流侵蚀过程中水动力学参数变化明显。在边坡坡面侵蚀过程中水流流态以紊流和缓流为主,且各水动力学参数均呈不同程度波动式变化,其中流速v随冲刷时间呈“强-弱”波动、阻力系数f呈“弱-强”波动、剪切力τ呈“弱-强-弱”波动、功率P呈“强-弱”波动；紫色土和黄壤堆积体v均随放水流量增加呈幂函数增加,其幂指数最大和最小值分别为0.526,0.179；同一放水流量下土质或偏土质堆积的v均为最大,含石量越小时坡度及坡长对v影响较小。在一定条件下/随土石比的减小而增大,即土质<偏土质<土石混合质。τ受土石比和地形条件(坡度或坡长)影响很大,其随放水流量增加而增大且黄壤堆积体增加速率较紫色土快,其中紫色土堆积体在24.571～83.743 Pa之间,而黄壤为22.000～57.154 Pa。P也随放水流量增加而增大,两种堆积体P均表现为土质或偏土质大于土石混合质。(3)不同土石比工程堆积体边坡径流泥沙特征差异明显。入渗过程存在迅速降低(前3min)、缓慢降低(3-20min)和趋于稳定(20min后)三个阶段；紫色土和黄壤堆积体边坡在冲刷过程中的平均入渗率均表现为土质或偏土质大于土石混合质。产流过程则呈先增加后趋于稳定变化且存在不同程度突变或波动现象,产流率突变主要发生在产流后的9 min内；细沟侵蚀是影响产流量的重要因素；土石比对产流率有重要影响且随放水流量增加而增强,流量从5增加到25 L/min土质堆积体平均产流率增加量最大(19.337 L/min),而土石混合质最小。产沙过程呈连续性的多峰多谷特点且波动程度随放水流量增加而增强,细沟沟壁土体在重力作用下的崩塌脱落是造成产沙过程波动的重要原因。各水动力学参数对边坡坡面产沙量影响程度依次为γ Q>γh>γb>γ,f>γv>γp>γτ,其关联度在0.5183～0.9284之间,其中放水流量对产沙量影响最大；产沙量与放水流量可用M=0.0072Q 3.0287进行回归拟合,小流量下(5L/min)两种堆积体边坡平均产沙率均以土石混合质最大,而在大流量下则表现为土质>偏土质>土石混合质。(4)工程堆积体边坡坡面细沟侵蚀主要发生在产流3min后,可分为细沟发展阶段(3～45min)和稳定阶段(45min后),其径流含沙量呈波动减小的变化,而坡面细沟形态与产沙量密切相关。在径流冲刷后黄壤堆积体一般形成单一主沟,而紫色土堆积体则形成较多细沟；土石混合质紫色土堆积体边坡细沟条数、平均沟宽、平均沟深总体上随放水流量增加而增大,而细沟宽深比则相反,坡度增大会加剧沟底下切；当放水流量在10～30 L/min范围时其平均沟深在1.58～7.67 cm之间变化,而细沟平均密度在1.0～2.27m/m2。工程堆积体边坡坡面产沙量与平均沟深呈极显著正相关,其可用M=0.2187h2.9508进行回归拟合,而与侵蚀沟条数、平均沟宽、细沟密度以及细沟宽深比相关性不明显。(5)工程堆积体边坡细沟发育过程中的重力侵蚀发生在细沟两侧及沟头,是影响坡面产沙重要因素,也是导致坡面含沙量波动变化重要原因。边坡细沟发育过程中的重力侵蚀产沙贡献最大为96.6%,最小为10.9%,相同条件下重力侵蚀产沙贡献随边坡坡度增加而增大。不同土石比边坡坡面的侵蚀临界条件不同,偏土质紫色土堆积体边坡坡面发生侵蚀的临界水流功率较小(6.699N/(m·s)),而其土石混合质较大(7.265N/(m·s))；土石比相同时,黄壤堆积体临界水流功率小于紫色土堆积体,黄壤堆积体较紫色土堆积体易侵蚀；工程堆积体边坡侵蚀临界坡度随放水流量增加而减小,放水流量由10增加到30 L/min时土石混合质紫色土堆积体侵蚀临界坡度依次为35。,35。,30。,32.5。和30。。(6)工程堆积体边坡的入渗产流过程对边坡稳定性影响很大,其径流冲刷过程会直接造成坡面粗糙化、石砾化,而水分入渗过程则会增大土体含水率和土体容重,降低土体抗剪强度,造成边坡失稳。在非降雨条件和中雨(历时18h且雨量为23.3mm)条件下,基于SLOPE/W模型的紫色土堆积体边坡安全系数分别为2.863和1.600,非降雨条件下堆积体边坡滑动面发生在母岩表面与底层土壤之间,而中雨条件下则发生在堆积体底部与表层土壤之间,表层土壤在水分的作用下容易发育成软弱面或滑带土。工程堆积体边坡稳定性受多因素的复合作用,主要包括边坡土体工程特性、边坡形态和地质地貌等内部因素和降雨、边坡植被、外力作用、风化作用以及人类活动等外部因素。