降雨引起的坡面黑土侵蚀厚度的计算

为了计算降雨引起的坡面黑土层侵蚀厚度,建立了坡面变形(冲刷厚度)的数学模型.模型包括坡面水流连续方程、水流运动方程、侵蚀方程(水土流失方程)、坡面变形方程.实现了对降雨引起的坡面黑土层侵蚀厚度的数值计算,该成果可预测黑土层流失的年限,为防治水土流失、减轻地质灾害、合理使用耕地和保护生态环境提供科学依据.     

坡面产沙理论模型

坡面产沙计算是水土流失预测模型的基础.本文基于泥沙运动力学的基本概念,在概化的坡面上考虑影响侵蚀产沙的主要因素及其水力学关系,推导出坡面产沙量的计算公式.通过与坡面产沙实验资料对比,说明提出的坡面产沙计算公式结构合理,待定参数确定后可以作为预测坡面产沙的计算模型.     

土工格室坡面侵蚀特性

土工格室坡面由于其独特的结构特性,其侵蚀过程与传统坡面有较大差异.本文采用变坡试验水槽,研究土工格室坡面在坡面流作用下的侵蚀规律.分析土工格室坡面流的流动特点及其与普通坡面流的差异,揭示了坡面侵蚀量随坡度、流量、切应力,以及绕流雷诺数的变化规律.结果表明,坡面侵蚀量远小于无格室的坡面;坡面累计侵蚀量和绕流雷诺数之间呈良好的对数函数正相关关系;平均侵蚀率与坡度、流量、切应力之间均呈良好的幂函数正相关关系,且流量对坡面流侵蚀率的影响大于坡度,随着流量的增大土工格室坡面流侵蚀能力的增率增大.     

基于坡面径流输沙模型的湘中红壤丘陵区土壤有机碳流失模拟研究

坡面径流是泥沙和土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)流失的主要动力.本研究以典型湘中红壤丘陵区坡耕地(翻耕和免耕)为研究对象,通过野外径流小区模拟降雨试验,对已建立的以径流率为变量的对数线性回归坡面径流输沙模型进行修正,并结合泥沙中SOC的富集特性,建立湘中红壤丘陵区的坡面SOC流失模型.研究结果表明:坡面SOC流失模型能够有效地应用于湘中红壤丘陵区次降雨过程中坡面SOC流失的模拟中,且具有较好地模拟效果,SOC流失率模拟平均误差在30%左右,决定系数在0.85以上;同时模拟结果表明,泥沙和SOC流失过程在坡面径流侵蚀影响下呈现波动状态,表现为产流开始后10min泥沙和SOC流失呈增加趋势,其后在波动中逐渐趋于平稳;通过比较翻耕和免耕条件坡面径流输沙和SOC流失模型,结果显示侵蚀性降雨条件下,翻耕方式泥沙和SOC流失率大于免耕方式.非侵蚀性降雨条件下,翻耕方式泥沙和SOC流失状况与免耕方式一致.     

基于137Cs示踪法的小流域系统坡长要素坡面侵蚀机制

基于137Cs示踪法研究了小流域不同坡度、坡而植被类型下的系统坡长侵蚀作用规律.结果表明:在系统坡长尺度上坡而侵蚀强度存在峰值,且该峰值的位置位于系统坡长的中、下游.系统坡长侵蚀作用过程呈溅蚀一片蚀一近坡纹沟发育一细沟发育一切沟、冲沟侵蚀排泄一坡而侵蚀稳定(至基准面)的动态演化过程.各过程对应的坡面分布区域,上段坡而以溅蚀、片蚀为主,中上段以纹沟侵蚀为主,中下段以细沟侵蚀为主并发生侵蚀泥沙径流经由切沟、冲沟排泄现象,下段以溅蚀为主并辅以一定的下泄面蚀.在系统坡长要素侵蚀作用过程中,坡度仅对峰值出现位置起控制作用,而对坡长侵蚀作用规律无影响.地表植被对坡长侵蚀作用干扰较强,主要是通过对地表径流的拦蓄作用实现的.     

山区公路坡面冲刷引起的路基水毁机理

通过下边坡冲刷模型试验和现有的研究成果探讨坡面冲刷对路基稳定性的影响,提出路基水毁的一般机理演绎过程,结合具体工程选取合适的边坡防护形式.试验结果表明:土体物理性质对坡面的抗冲刷能力有很大的影响;一般路基边坡坡面侵蚀过程是由坡脚开始逐渐向上扩展的,最终导致整个坡体坍塌.研究结果表明了边坡坡面冲刷对路基边坡稳定性的影响作用机制,将其概括为4个阶段且具有链式特性的机理演绎过程,对提高水毁防灾水平具有现实意义.     

可冲刷坡面滚波影响因素的数值模拟研究

运用能够模拟可冲刷坡面滚波的一维水沙耦合数学模型,对床面形态起伏、冲淤厚度及含沙量沿程变化等因素对滚波形态的影响进行研究,并比较水沙耦合与非耦合模型数值模拟结果的差异.结果表明床面形态起伏越大,滚波的波幅及周期变化越剧烈,滚波周期与床面形态起伏的对应关系越明显;冲淤厚度对滚波运动特性的直接影响不明显,但河床发生冲淤变化后,床面的起伏形态发生相应变化,进而对滚波的运动特性产生较大影响.水沙耦合与非耦合数学模型相比,滚波形态模拟结果差异较大,因此对坡面起伏明显、水沙输移强度较大的山区坡面流数值模拟应采用能够更好的模拟水沙输移规律的水沙耦合模型.     

基于极限分析理论坡面荷载作用下三维边坡稳定性分析

基于极限分析上限法理论,考虑坡面荷载作用的影响,研究了三维土体边坡的稳定性.通过求解土体内耗功率、重力功率、坡面荷载功率,推导三维土体边坡在坡面荷载作用下的稳定系数计算表达式.编制了稳定系数计算程序,分析了内摩擦角、坡角、坡面荷载、宽高比对边坡稳定的影响规律.坡面荷载边坡稳定系数随着坡面荷载的增加几乎呈线性增加,在较小宽高比时,边坡表现出明显的三维特性,在较大宽高比时,可以忽略边界的约束作用,用二维分析结果代替三维分析结果,为坡面受荷载作用边坡稳定性分析提供理论基础.     

古树包滑坡坡面径流饱和-非饱和渗流的有限元分析

坡面径流产流规律的研究对预防滑坡和边坡排水具有重要的理论意义和一定的实用价值。本文基于有限元理论,采用Galerkin法建立了坡面径流饱和—非饱和渗流方程,对滑坡坡面径流饱和—非饱和渗流进行了耦合分析。以清江古树包滑坡治理工程为例,首先建立了数学模型,模拟了降雨入渗过程,研究了降雨强度、初始体积含水率对坡面径流产流规律的影响。结果表明：降雨强度越大,开始产流经历的时间越短,坡面径流的最大水深越大;初始体积含水率越大,产流开始时间和达到平衡的时间也会提前。     

基于秦岭中山区坡面土壤表层水分的预测模型研究

基于秦岭中山区典型坡面4种用地类型(林地、撂荒地、园地和农耕地)的土壤水分数据,利用多元逐步回归分析方法建立了坡面尺度上不同用地类型的土壤水分贮存量模型,并对模型的精度进行检验.结果表明:园地、撂荒地、林地和农耕地表层各层土壤水分均值表现出一致性,且多表现出中等变异程度.深度0~80 cm范围内土壤水分受到地表植被及地形因子的影响较大.根据0~20 cm土壤水分建立0~100 cm土壤水分贮存量模型,其显著R2均在0.99以上,模型拟合优度比较高,其中林地的关系式为二阶关系式,其余均为三阶关系式;模型精度均大于80%,尤其是园地和撂荒地大于94%,由此认为,建立的土壤水分贮存量模型是可行的.结合大尺度遥感反演的表层土壤水分建立贮存量预测模型,能够为开展大面积的土壤状况调查、合理实施农业措施或进行生态环境评价提供依据.     

土与强风化岩双元边坡圆弧-平面破坏模式与支护设计方法

为了探究土与强风化岩边坡中强风化岩不破坏的临界坡率及稳定性判断方法,基于济南地层,得出适用于数值模拟的土层参数,并利用强度折减法求出边坡的临界坡率,为施工提供参考。针对强风化岩不破坏的边坡,运用改进的瑞典条分法求出边坡安全系数解析解,并利用滑移线场法求出滑移线,为安全系数解析解的应用提供依据。结果表明,岩层厚度超过边坡高度1/2或坡率大于1:0.5时,强风化岩一定破坏;解析解得出的安全系数偏小,有利于工程安全;针对土与强风化岩边坡,文中结果可确定边坡破坏区域,设计支护方案。     

坡度对入渗河岸带表土层氮素截留效果的影响

利用自制的土槽装置,室内模拟入渗氮素在不同坡度河岸带表土层中的运移过程.通过观测取样点在不同坡度条件下渗流水体出流时间以及水体中TN,NH4+-N浓度,探讨不同坡度河岸带土壤水分运移特性以及坡度对入渗河岸带表土层氮素截留效果的影响.试验结果表明:河岸带坡度越小,入渗水流在表土层中的停留时间越长,河岸带表土层对氮素的截留效果越好,但土层深度不同,截留效果差别较大;坡度越大,河岸带表土层对氮素的截留效果越差,但土层深度不同,净化效果差别不大;坡度大小与NH4+-N,TN截留率之间存在极其显著的指数相关关系.     

基于有限差分FLAC~(3D)的边坡稳定分析及工程对策

以鹤岗3052项目cE段边坡工程为背景,结合现场测试数据,运用有限差分法FLAC~(3D)对边坡稳定性进行数值模拟分析,探究坡体发生变形破坏的原因及其影响因素,进而提出相应的工程对策。分析结果表明:边坡局部白浆土夹层遇水软化、抗剪强度大幅降低且形成边坡滑塌破坏潜在滑动面,是坡体发生变形破坏的主要原因;白浆土分布是边坡稳定性的主要控制因素。据此,后续工程建设应对白浆土的分布进行详实准确勘察,结合工程地质条件对白浆土分布集中区域坡体采用削坡减载法处理。     

坡向对切挖边坡土壤钾素特征的影响

为探究切挖边坡土壤钾素及其组分的空间分布规律，采用野外采样和实验室分析相结合的方法，以四川省阿坝州松潘县川黄高速公路的切挖边坡为研究对象，对比不同坡向间土壤各形态钾素含量的差异，分析不同形态钾素与土壤理化性质的相关性，明确土壤有效钾的影响因素.结果表明：土壤水溶性钾、非特殊吸附钾、特殊吸附钾、速效钾和非交换性钾含量均表现为阳坡>阴坡，而土壤矿物钾和全钾含量则表现为阳坡<阴坡；土壤所有形态钾素含量均表现为半阳坡>半阴坡.土壤非特殊吸附钾、特殊吸附钾和速效钾与土壤pH、全氮、碱解氮均达到显著或极显著正相关.土壤pH是影响切挖边坡土壤有效钾的主要因素，水溶性钾、非特殊吸附钾对切挖边坡土壤有效钾的贡献较大.     

典型铁路工程边坡降雨侵蚀过程规律调查

在我国水力侵蚀5大分区选取典型铁路边坡进行径流小区侵蚀或沟蚀侵蚀试验,通过试验数据结果分析各个典型铁路工程边坡的水力侵蚀过程和主要影响因素,给出了铁路工程边坡水力侵蚀入渗过程、产流过程、产沙过程和侵蚀模数的时间过程规律,以及各过程主要因素的影响规律.     

基于一种新强度理论的非饱和土边坡稳定性分析

非饱和土强度及其边坡稳定性一直是工程界和理论界的一个重要课题.Bishop和Fredlund提出的抗剪强度公式虽被广泛接受,但应用工程仍存诸多不便.针对于此,作者提出了一种有效应力与土水特征曲线发展成的一种新的非饱和土强度公式.该公式不需多组的非饱和土剪切试验,便于工程应用.基于此强度公式,采用VB语言,结合Bishop法,编写了非饱和土边坡稳定性的计算程序,讨论了强度分层的影响,还分析了裂隙对非饱和土边坡稳定性的影响.研究结果表明,对于膨胀土边坡,强度的分层是合理的,也是必要的.     

软弱土层对边坡稳定的影响

含软弱土层的地基容易造成边坡的失稳,对人类财产生命带来严重威胁。结合工程实例,利用Geo-Slope软件中的刚体极限平衡计算模块Slope/w分析研究软弱土层与边坡稳定之间的关系,得出了在Bishop法,且考虑地下水情况下的最小安全系数与软弱土层中心埋深、厚度及土体参数的变化规律。分析结果表明边坡稳定的最小安全系数随着软弱土层中心埋深的增加而增加,随着软弱土层厚度的增加而减小;但同时也受软弱土层土体参数即黏聚力c及内摩擦角φ不同程度的影响。     

软夹层参数对边坡动力特性的影响分析

采用动力有限元分析了软夹层厚度、倾角、埋深等参数对边坡的位移、加速度等动力反应的影响.研究表明:软夹层对边坡动力特性影响显著,在边坡设计和边坡稳定性分析中不能忽视;软夹层越厚滤波和放大效应越明显;软夹层埋深越大,滤波效应越明显;软夹层倾角对滤波效应影响不显著,但对峰值有影响,而逆边坡角的软夹层可以减小边坡表面位移和加速度峰值.研究结论可应用于边坡设计中.     

降雨作用下路堤边坡水毁机理及影响因素分析

为明确降雨对路堤边坡内部渗流场以及稳定性的影响,对路堤边坡水毁机理及其主要影响因素进行了研究。在特定土质、压实度以及冲刷入渗时间等控制条件下,通过边坡模型试验探究降雨对边坡坡面冲刷破坏过程的特征,运用GeoStudio程序进行数值模拟分析,找出降雨作用下路堤边坡内部渗流场和稳定性的变化规律。结果表明:降雨过程中雨水冲刷造成边坡坡面结构破坏,而边坡内部受到雨水渗流作用导致稳定性降低,降雨作用从外到内对边坡造成影响;随着2种土质边坡压实度从85%提升至95%,砂性土边坡的冲刷量减少了46.18%,边坡安全系数提升了13.74%,黏性土边坡冲刷量降低了33.70%,安全系数提升了10.21%;随着降雨时间的增加,黏性土边坡后期冲刷深度趋于稳定,但砂性土边坡冲刷深度有增大的趋势;相同控制条件下,降雨前后黏性土边坡安全系数变化量小于砂性土边坡。因此,同等控制条件下,黏性土边坡的抗水毁性能以及整体稳定性均强于砂性土边坡,研究结果有助于更全面地了解降雨过程中路堤边坡的水毁机理及主要因素的影响规律,提高道路支撑的稳定性。     

季节性冻土地区根-土复合体土质边坡稳定性分析

为了研究季节性冻土地区根-土复合体土质边坡稳定性,通过分析土体强度参数、融化层深度、融化层重度及坡度对根-土复合体土质边坡稳定性的影响,模拟了春融期土坡温度场及水分场的变化特征,运用强度折减法计算了春融期素土及根-土复合体边坡的安全系数。结果表明：春融期,素土及根-土复合体边坡在冻融界面处剪切塑性应变集中,呈条带状分布,沿着冻融界面发生平面状热融滑塌;相比素土边坡,根-土复合体边坡安全稳定系数明显增大。由此可得,植物根系穿过冻融界面处时,增加了根系周围土体强度,提高了边坡安全稳定,为季节性冻土边坡工程的设计、施工和维护提供有效的科学依据及必要的数据参考。