高速公路路堑边坡的侵蚀临界坡度

针对降雨条件等环境影响条件下路堑边坡存在的临界坡度,指出坡面流侵蚀的定义并系统分析了坡面流侵蚀的主要影响因素,利用泥沙运动力学理论,研究了坡面土壤侵蚀率与坡面流的剪切力之间的变化关系.同时,对坡面流水力学参数(流速、水深)对临界坡度影响的规律进行研究,得出了一定高度边坡坡面流的剪切力随坡度变化规律,即一定高度边坡的侵蚀临界坡度为22.2°.可为工程计算提供依据.     

季节性冰冻地区公路边坡侵蚀破坏模式

针对季节性冰冻地区的路基边坡冻融滑坍破坏现象,分析了公路边坡破坏的各种侵蚀模式和影响因素.采用坡面流拖曳力法、坡面流量法等对坡面水力学特征进行研究,测算坡面冲刷临界坡度值,分析临界坡度与冲刷量之间的关系;同时采用有效应力法研究了冻融作用下的边坡安全稳定性.结果表明:季节性冰冻地区粘性土最大冲刷强度对应的临界坡度与目前常用的坡度值很接近或交叉,为减少水土流失,建议放缓土质边坡;边坡土体冻结前含水质量分数和融化后抗剪强度下降幅度是影响冻融滑坍破坏的主要因素,建议在设计中要考虑冲刷和冻融因素,并对特殊土质边坡进行相应的物理力学指标检测和稳定性验算.     

黄土坡面水蚀动力与侵蚀产沙临界关系试验研究

坡面水蚀动力与侵蚀产沙关系是水蚀预报的关键问题之一.本文通过光滑水槽试验和模拟冲刷试验,对坡面水流动力学特性(径流流速、剪切力以及能耗)及其与侵蚀产沙关系进行了系统研究.结果表明,坡面薄层水流呈滚波流特征,坡面流流速沿程变化呈波动趋势,随流量和坡度的增加而增大;坡面单宽径流剪切力、单宽径流能耗和坡面径流单宽输沙率随流量的增加而增加,随坡度呈抛物线趋势变化,说明坡面土壤侵蚀过程存在临界坡度,在本试验条件下,临界坡度位于21—24°之间.坡面单宽径流输沙率和单宽径流剪切力、单宽径流能耗之间均存在良好的线性关系.     

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.     

密云水库流域坡面降雨侵蚀的计算机模拟

以B市密云水库流域为例,用计算机数值模拟技术模拟坡面降雨侵蚀过程,考虑到坡面流的流速及非线性双曲型方程,采用迎风有限差分显示格式来离散坡面侵蚀方程、坡面水流连续方程、水流运动方程,并编制了计算程序,进行了计算机模拟.研究成果可以描述动态坡面降雨侵蚀及水土流失过程,且可将研究成果扩展到整个流域,从而为治理水土流失保护生态环境提供依据.     

黄土高原沟坡重力侵蚀的理论模型

重力侵蚀是黄土沟壑区土壤侵蚀的重要组成部分,其发生条件及侵蚀量受多种因素制约且具有一定随机性.本文通过运用水力学、土力学等力学方法对重力侵蚀主要影响因素进行分析,建立起沟坡重力侵蚀的概化力学模型,同时运用模糊及概率分析等数学方法将黄土沟坡的稳定问题转化为失稳概率,作为沟坡崩塌发生的预报条件,从而实现了考虑沟谷水流侧向切割,降雨入渗影响下的重力侵蚀模拟,为在黄土高原沟壑区进行水沙计算提供了基本方法.     

黄土沟壑区流域重力侵蚀模拟

重力侵蚀是土壤侵蚀的主要形式之一．在黄土高原地区,重力侵蚀对土壤侵蚀总量、高含沙水流特性和水沙过程的尺度现象等都具有重要贡献但由于重力侵蚀机理复杂、发生随机性强以及缺乏直接观测资料,对重力侵蚀过程的模拟研究一直是土壤侵蚀领域的薄弱环节．笔者将一个基于土体失稳的沟坡重力侵蚀理论模型在数字流域模型框架下与坡面降雨径流和土壤侵蚀模型、沟道不平衡输沙模型耦合集成,并解决了重力侵蚀模型在流域中应用的一些具体问题,使重力侵蚀模型能够根据沟坡的几何形态、黄土的力学特性、降雨导致的土体含水量及力学性质变化、沟道水流对沟坡的淘刷等物理因素的影响,合理模拟流域中的重力侵蚀过程．将模型系统应用于岔巴沟流域和无定河流域,得到了重力侵蚀的分布及其占总侵蚀量的比例,模拟结果基本可信．     

降雨和坡度对坡面流水动力学参数的影响

坡面流是土壤侵蚀和泥沙输移的动力,其水力学参数是构建侵蚀物理模型的基础.本文通过上方来水和模拟降雨试验,探讨了降雨和坡度（2.6%—25.9%）对坡面流水力学特性的影响.结果表明,坡面流速随坡度的增大而增大,而水深与坡度呈反势.总体上坡面水流呈条带状或斑点状分布,降雨具有增大陡坡表层流速效应,且平均流速与表层流速之比主要在0.4—0.7之间.一般地,坡面流有滚波产生,滚波数随坡度的增大而增加,而波高和波长在坡度为5.2%时达峰值,尔后呈减小趋势.降雨可触发更多滚波产生,但对波形影响不显著.随着坡度的增大,水流弗劳德数和阻力系数分别呈增大和减小趋势,且降雨对它们均无显著影响.在试验条件下,弗劳德数与水流阻力关系较雷诺数更为密切,这可能说明弗劳德数对坡面流阻力具有重要意义.     

下渗对坡面流流态及动力学参数的影响

为了从理论上分析下渗对坡面流动力学参数的影响,基于Navier-Stokes方程,将坡面流视为平面恒定非均匀流,考虑下渗影响,推导出缓坡、陡坡坡面流断面速度分布,探讨了下渗对坡面流雷诺数、沿程阻力系数、滚波波幅的影响,基于相关试验资料对理论分析结果进行了验证.结果表明,缓坡条件下,坡面流流态为层流或紊流,试验过程中有必要区分初渗、稳渗阶段判别流态.陡坡条件下,不同下渗率及水深的坡面流均为紊流.坡面流黏性影响厚度接近水深或大于水深,不会产生类似明渠水流的外流势流区域.同时考虑下渗和表面张力作用,沿程阻力系数与雷诺数成反比.滚波波幅受水深、下渗率、水流运动黏度、坡降的影响.该研究结论为坡面水流运动特性试验研究及理论分析奠定了一定基础.     

土壤水力侵蚀能量力学机理的理论分析

根据力学和物质与能量原理，对土壤水力侵蚀这一自然地理现象从哲学的高度进行分析，认为水动力作用是土壤水力侵蚀的根本原因；物质与能量守恒是土壤水力侵蚀的基本法则；侵蚀与沉积并存是土壤水力侵蚀的普遍规律。提出基于能量力学机理的3个土壤水力侵蚀的新理论，即侵蚀平衡理论、最大梯度理论和水流侵蚀力理论。指出按这种思想建立的数学模型能揭示土壤水力侵蚀的规律，因而具有重要的理论和应用价值。     

The effect of land use structure on the distribution of soil nutrients in the hilly area of the Loess Plateau, China

The irrational land use is one of the main reasons for the soil erosion and nutrienloss in the loess hilly area of China. In this project, 4 types of typical land use structure of sustain ment for about 15 years in the loess hill slope are selected to study the effect of land use structure on the distribution of soil nutrients. From hill bottom to hill top, the patterns of land use types are: grassland-slope farmland-forest, slope farmland-grassland-forest, terrace-grasslandforest and slope farmland-forest-grassland. By measuring the contents of the total N, total P, available N, available P and organic matter of soils, the results show that the land use structure types of slope farmland-grassland-forest and terrace-grassland-forest have a better capacity to maintain the soil nutrients.     

基于栅格DEM的微观地形分类技术

认为微观地貌形态的划分是宏观地貌形态划分的延续,基于栅格数字高程模型（DEM）和数字地形分析（DTA）技术实现微观地貌形态分类的关键在于提取地形地貌因子和制定合理的分类决策方案．以土壤侵蚀研究中的临界坡度值为参考,改进了Dragut提出的山体部位划分的分类决策方案．采用黄土高原的局部DEM进行了山体部位分类的试验研究,实现了微观地形地貌的自动分类,试验结果揭示了微观地形地貌分布与土壤侵蚀之间的关系．     

边坡植被的护坡效应探讨

 边坡植被借助根系使边坡土体成为土与根的复合材料,从而明显提高了边坡土体的抗剪强度和安全稳定性,具有稳定土壤结构,提高土壤抗冲性,防治土壤侵蚀的作用;并且边坡植被地上部分的树冠、茎叶和枯枝落叶具有截留降雨和减弱高速落下的雨滴对边坡溅蚀的功能。但由于岩土介质的多变性和边坡植被受力的复杂性,目前的研究仍然停留在定性分析上。通过对边坡植被固土的力学相互作用和护坡效应的研究,探讨了边坡植被摩擦型根系和锚固型根系对边坡岩土体的力学作用机理,分析了边坡植被改善土壤环境,提高边坡的抗冲性,截留降雨,减弱雨滴溅蚀的效应。     

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.     

西昌-攀枝花高速公路路堤土壤侵蚀实验研究

为探讨高速公路施工期路堤边坡水土流失规律,对西昌-攀枝花高速公路路堤边坡进行了天然降雨条件下水土流失观测试验,结果表明,路堤边坡的主要侵蚀形式是沟蚀,主要侵蚀因子是次降雨量、路堤顶面宽度及土壤可蚀性,土壤侵蚀量与次半宽雨量之间存在着良好的相关关系,其相关系数为0.9985～0.9989.提出了预测西昌-攀枝花高速公路路堤边坡土壤侵蚀量的土壤侵蚀模型.     

岩溶地区坡面红壤抗冲性冲刷试验研究

为了研究岩溶地区不同影响因子对坡面红壤抗侵蚀性的影响,通过室内模型冲刷试验,考虑坡度,冲刷流量及干密度三个影响因素,对坡面表层红壤抗径流机械冲刷能力进行研究,分析不同条件下坡面表层红壤结构的抗冲性能。结果表明:坡度和冲刷流量对岩溶地区坡面红壤冲蚀量存在非线性的叠加增长作用。坡度与岩溶地区坡面红壤冲蚀量近似呈指数关系增长。坡面为疏松结构时,冲刷流量与坡面红壤冲蚀量呈密切的幂函数相关;坡面为紧实结构时,冲刷流量则与坡面红壤冲蚀量近似呈线性关系增长。土壤干密度影响了整个坡面冲蚀过程,尤其是细沟的发生、发展。冲刷过程中疏松土坡面细沟发育明显,而紧实土坡面多为断续的月牙形冲刷坑。冲刷流量(径流量)为坡面表层红壤抗冲性主要影响因子。     

Prediction of Soil Erosion on Different Underlaying Surface in Construction Period of Xichang to Panzhihua Expressway

In order to investigate the behavior of soil erosion on the slope of the different underlaying surface during construction, the experiment with natural rainfall on Xichang-Panzhihua highway was conducted, to quantify the runoff and soil loss. The results show that. （1） the main type of soil erosion is gully erosion, the amount of soil erosion caused by gully erosion is higher than that by surface erosion. （2） The principal factor causing soil erosion on the slope of the embankment is individual amount of precipitation, the width of the embankment and rain intensity. （3） The principal factor causing soil erosion on the cutting slope is individual amount of precipitation, the width of the cutting slope and rain intensity. （4） The principal factor causing soil erosion on the slope of the dumped soil area is individual amount of precipitation, the width of the flat roof and rain intensity. There are well linear relationships between the amount of soil erosion and the principal factor, and their correlation coefficient are 0.935 7-0.999 8.     

黄土丘陵坡面三维形态初论

根据对黄土丘陵坡面的野外观察,提出三维坡形的概念,从三维空间考察斜坡,划分出九种基本三维坡形,论述其发育的基础及其与坡面侵蚀的关系。     

公路边坡植物的护坡机理

从植物根系的力学作用、植物的蒸腾排水效应、茎叶及枯枝落叶的水文效应3个方面,分析了公路边坡植物的护坡机理。通过对植物根系的力学作用分析,建立了草本植物根系的加筋力学模型及木本深根植物的锚固力学模型。三轴剪切试验结果表明,沙棘、沙柳须根的加筋作用使沙土的粘聚力c值提高了2.5~4.0倍,使粘性土的粘聚力c值及内摩擦角φ值均增加0.25~0.40倍。应用非饱和土理论,定量分析了植物蒸腾排水效应对边坡的稳定贡献,现场监测试验表明,即使在雨季,柳树植物根系范围内土中的孔隙水压力仍为负值。依据植物边坡稳固机理,将植物护坡总结为坡面冲刷防护与边坡加固两种设计类型。坡面冲刷防护可根据浅根表土加筋与茎叶水文效应机理进行设计;边坡加固可根据深根锚固作用与蒸腾排水效应机理设计。     

复杂工况土质边坡的失稳破坏特征

库岸边坡的失稳和破坏往往会造成严重的人员伤亡与巨大的经济损失。造成边坡失稳和破坏的因素多种多样。开展了不同含砂率的均质饱和土质边坡在水位升降、水下冲刷、震动及不同水流流速下边坡的失稳与破坏室内模型试验。试验结果表明：在水位升降与水下冲刷条件下,均质下蜀土饱和土质边坡稳定性最好,土质边坡含砂率越高,边坡抵抗水位升降与水下冲刷的能力越弱,边坡越易失稳滑塌破坏;在震动作用下,饱和边坡土体内孔压快速上升,有效应力快速减小,边坡更易失稳崩塌破坏。水流潜蚀导致边坡土体细小颗粒更易流失,水流潜蚀作用使边坡坡脚部位形成凹陷空洞,使坡体上部失去支撑而导致边坡崩塌失稳破坏,且水流速度越快,边坡越易破坏。