黄土坡面水蚀因子对坡面侵蚀量的影响研究

以黄土坡面为研究对象,建立土壤侵蚀评价和预报模型,通过室内径流冲刷模拟试验,研究了坡面径流水深及流速的变化规律,分析了坡面径流水动力要素对坡面侵蚀量的影响。结果表明:在土壤侵蚀过程中,坡面径流水深和流速的变化极为复杂,具有时空分布多样性特点,但总体上随径流冲刷流量的增加而增大。通过分析坡面侵蚀量与水蚀因子的关系,建立了坡面侵蚀模型多元回归方程。     

植被对坡面汇流时间影响的试验研究

引发暴雨山洪的主要因素除大气降水特性以外还与下垫面森林植被状况有着密切的关系,流域植被对坡面汇流时间有着直接的影响。目前应用最为广泛的坡面汇流时间公式,以坡面长度、综合糙率、有效降雨强度及坡度的恒定指数形式表征其对汇流时间的影响,而植被对汇流时间的影响是隐含在综合糙率之中,从而无法直接利用有关植被的高精度遥感资料。本研究基于不同下垫面情况下不同坡度、不同雨强的坡面汇流系列试验,深入分析植被对坡面汇流时间的影响,引入植被覆盖度因子,结合统计分析方法,建立植被与坡面汇流时间的关系。研究结果表明:植被的种类(草或灌木)对坡面汇流时间影响存在一定差异,草植被下的坡面汇流时间大于相应条件灌木植被下的坡面汇流时间;植被覆盖度(草或灌木)对坡面汇流时间存在显著影响,坡面汇流时间随植被覆盖度的增大出现明显的增加;降雨强度、坡度对坡面汇流时间的影响也较为显著,坡面汇流时间随雨强及坡度的增大而出现明显的减小;草及灌木植被覆盖度指数随坡度及雨强变化规律基本相似,总体上草植被覆盖度指数略大于灌木植被覆盖度指数。随着雨强增大,植被覆盖度指数减小趋势较为明显;随着坡度变缓,植被覆盖度指数有所增大。本研究将植被因子从综合糙率中剥离出来,便于融合植被遥感数据,从而提高坡面汇流时间的计算精度。     

坡顶均布荷载作用下高边坡稳定特征分析

为研究坡顶均布荷载作用下高边坡的稳定特征,用ABAQUS大型有限元分析软件,结合有限元强度折减法,分析了均质粘土高边坡在坡顶不同位置作用有均布荷载时,边坡稳定安全系数、坡体最大剪应力、坡体位移及潜在滑裂面的变化规律。结果表明,稳定安全系数与W/H(W为均布荷载至坡顶外缘的距离,H为坡高)呈线性关系;最大剪应力与W/H呈非线性关系;坡体沿水平方向位移与W/H呈非线性关系;潜在滑裂面为一弧形,随着荷载距离边坡边缘越远,滑裂面距边坡边缘也越远。     

抗滑桩加固边坡稳定性3维极限上限拓展分析

抗滑桩作为常用的边坡加固手段,被广泛应用于工程实践中,其影响下的边坡稳定性分析,具有较高的理论和实践价值。采用极限分析上限法,通过引进参数拓展了边坡3维计算模型,建立了内外功率平衡的边坡安全系数计算框架,并通过优化计算得到一定参数条件下边坡的安全系数上限解和最危险破坏机构形状。在此基础上,分析了抗滑桩加固后边坡破坏模式和稳定性受抗滑桩位置、桩距、坡角、机构限宽等参数的影响规律,并讨论了不同参数条件下破坏面形状的变化规律和边坡稳定性变化的内在机理。结果表明：最安全抗滑桩位置不受机构限宽影响,位于坡面中点与坡顶间的某一位置;当机构限宽较小且抗滑桩位置靠近坡趾时,边坡破坏面通过坡面。抗滑桩位置距离坡趾越远,破坏面越靠近坡面且曲率越大。当桩距较小时,边坡倾向于在抗滑桩位置上方发生次级滑动;边坡整体安全系数随桩距的增大而降低。随着机构限宽的增大,边坡安全系数逐渐降低,并逐渐接近2维破坏机构的安全系数。边坡破坏机构随桩距和机构限宽的增大而增厚。当坡角较小时,边坡破坏面通过坡趾下方。本文方法不仅对边坡破坏机构类型的拓展具有理论意义,而且实现了计算结果的进一步优化。     

山区流域坡面汇流时间参数优化试验研究

山区流域坡体陡峻、植被覆盖变化大,暴雨作用下的洪水响应过程复杂,坡面汇流时间是洪水过程模拟的关键参数。目前应用最为广泛的坡面汇流时间公式,以坡面长度L、糙率n、有效降雨强度i及坡度S的恒定指数形式表征其对汇流时间T的变化,公式形式为:T=L~(0.6)n~(0.6)i~(-0.4)S~(-0.3)。降雨强度对汇流时间的影响,以降雨强度的恒定指数-0.4来表征其对汇流时间变化,而较少反映坡度与植被覆盖度的影响。本研究基于不同坡度、不同植被覆盖度条件下坡面汇流的系列试验,结合专业的数据统计软件,对相关数据进行分类处理,深入分析了坡面汇流时间参数的变化规律。研究结果表明:无植被情况,不同坡度对雨强指数存在一定影响,在45°及30°坡面上,雨强对坡面汇流时间影响的雨强指数拟合值约为-0.40,这与常用的研究成果基本吻合,在15°及5°坡面上,雨强指数拟合值分别为-0.30及-0.25,比常用雨强指数值略微偏大;有植被覆盖情况,不同植被覆盖度对雨强指数的影响十分明显,45°、30°及15°坡面,植被覆盖度50%以上时其雨强指数拟合值平均为-0.63,明显小于常用雨强指数-0.4,20%覆盖度情况下,雨强指数均值约为-0.37,与常用雨强指数-0.4接近,5°坡面不同植被覆盖度对雨强指数影响不大,雨强指数基本在-0.25～-0.30之间。     

不同人工植被分布条件下坡面水流动力学特性试验研究

基于一系列坡面流试验研究了人工植被条件下的坡面水流动力特性,即水深、流速、弗劳德数、雷诺数及阻力系数随不同植被分布条件、流量和坡度的变化规律。试验包括11°、13°、15°和18°等4种坡度,单宽流量为0.64-5.5L/s.m。试验结果表明,水动力学参数受植被分布影响显著,植被的阻水减速效果明显,阻力系数f随坡度以及弗劳德数增大而降低,阻力系数与雷诺数基本上呈幂函数负相关,随着坡度的增加,其相关性减弱。通过引入植被分布特征角及坡面水流参数,建立了植被坡面水流阻力达西系数计算方法。     

库水复活型滑坡牵引滑动机理模型试验研究

为深入探索库水复活型滑坡的破坏模式和力学机制,设计研发新型试验装置,装置主体是由若干渗透盒构成的分段式滑面,能够模拟各种几何形态的滑动面。通过向不同区段的渗透盒注水,可模拟滑带土分阶段饱水软化,实现库水位上升条件下相邻滑块间的牵引滑动过程。采用传感元件、数码摄像以及数字图像处理等测试手段,获取滑带土体积含水率、孔隙水压力、坡面水平位移的变化规律以及后缘面演化特征,并探讨滑坡体失稳破坏模式。结果表明:滑带土饱水后抗剪强度大幅度下降是滑坡发生的重要条件,滑动面处的孔压变动是激发老滑坡复活的重要诱因;滑带处孔隙水压力的增大与滑坡位移的增大是同时发生的,滑带土强度衰减与滑体变形具有良好的相关关系;坡面变形区域分为强、弱变形区和牵引区3部分,坡面变形为1～1.5倍的失稳滑带长度;随着失稳滑带长度增加,坡面变形区域变大,对后侧稳定坡体的牵引变形影响变小;后缘破裂面多呈折线型滑面形态,后缘破裂面倾角试验值受失稳滑段位置和滑体厚度影响显著。研究结果为库区滑坡灾变机制的认识和治理提供重要依据。     

公路边坡坡度与坡面生态修复关系研究

通过公路边坡坡度对坡面受水、太阳辐射及植物根系的影响,分析了坡面小气候与坡面生态修复之间的关系,并通过工程实践加以印证,得出坡面生态修复工程经验性结论。     

红壤开挖面坡面径流特征研究

为了研究坡面径流特征,采用上方人工放水实验模拟坡面水流,研究不同放水流量强度、不同坡长及不同坡度条件下红壤坡面径流过程特征.结果表明:(1)不同放水流量强度条件下,坡面径流率随径流历时的变化总体上呈先逐渐增大,后趋于稳定的变化过程,且放水流量强度越小,坡面径流率的增长速度反而越大;(2)不同坡长条件下,坡面径流率随径流历时的变化过程总体上先逐渐增大,后趋于稳定,且随坡长的增大,坡面径流率越小;(3)不同坡度条件下,坡面径流率随径流历时大部分先逐渐增大,后趋于稳定,对于两个较陡坡(50°和65°)且放水流量较大的坡面,坡面径流率随历时先逐渐减小,后趋于稳定.     

降雨移动方向对坡面径流的影响机理

通过基于物理概念的水文响应数值模拟,研究了降雨移动方向对坡面地表径流的影响机理.模拟中降雨移动速度不变,分别沿模拟坡面轴线向上和向下移动,降雨强度设为恒定值4.0×10-5 m/s.通过分析下游出口边界处的流量过程曲线和坡面轴线上观测点的压强水头变化,分析降雨移动对坡面径流的影响.结果表明,降雨移动方向主要是改变坡面水文条件、影响坡面水文响应,进而影响地表径流特征.当降雨沿坡面向上游移动时,坡面出口处的流量过程曲线的径流上升更早、径流峰值略低、径流从开始发生至到达峰值所需时间更长、径流整体历时略长;当降雨沿坡面向下游移动时,坡面中部及靠近下游边界部分在降雨开始前就已经饱和,从而影响产流,坡面全部达到饱和的时间更早,坡面下游边界饱和的时间略短.     

土壤湿度的空间变异特征及尺度效应分析

基于遥感信息分析了土壤湿度的空间变异及尺度效应问题.利用多尺度遥感数据获得了归一化植被指数和地表温度,并基于此参数提取了干旱/半干旱地区的土壤湿度指数;基于分形理论,利用表面积计算方法,通过计算一系列不同尺度窗口像元的曲面面积,研究了三维曲面面积随尺度变化的规律,即定量描述了不同尺度遥感图像提取的土壤湿度指数值的变化特性,随着尺度的增加,驻点像元数减少,说明其空间异质性降低;并利用半变差函数研究了不同空间分辨率下土壤湿度的异质性特征.结果表明:空间分辨率越大,其整体空间异质性程度越小,与实际情况相符,说明利用分形几何学和地统计学方法分析土壤湿度指数的空间异质性特征是可行的.通过该研究可以有效地确定土壤湿度遥感监测的尺度,更好地了解区域尺度的土壤干旱程度及水资源情况.     

银北灌区铁三渠区域"土壤水库"初探

为给土壤水库潜力的开发利用提供依据,通过试验研究,对银北灌区铁三渠区域的土壤水动态变化规律和土壤水库进行了初步研究．土壤剖面含水量的变化规律总的来说,自上而下土壤含水量由小到大,逐渐趋于饱和．土壤水库总库容在土壤剖面各层的分配：20cm土层总库容为74．2～92．2mm,随土壤深度的增加而减小;有效水库容为56．8—76．1mm,无效库容为10．3～13．9mm,通透库容为0．1～8．6mm,都随土壤深度呈波动变化．     

特征空间法与墒情监测应用分析

详细论述了旱情遥感监测中特征空间法的技术原理及应用方法,通过大量遥感数据资料分析,阐述了地面温度一植被指数特征空问与土壤湿度的相互关系及实际应用方法。     

基于遥感数据的宁夏地区土壤水分反演方法比较

利用MODIS产品数据MOD11A2和MOD13A2获取地表温度(TS)、昼夜温差(DST)、归一化植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI),构建宁夏区域2005年4、7、10月逢8、18、28日TS-NDVI、TS-EVI、DST-NDVI、DST-EVI特征空间,根据TS-NDVI、TS-EVI、DST-NDVI、DST-EVI特征空间建立了温度植被干旱指数(TV-DI)、温度增强植被指数型干旱指数(TE-DI)、温差植被干旱指数(DTVDI)、温差增强植被指数型干旱指数(DTEDI),并以这些干旱指数作为土壤水分监测指标,反演了宁夏区域2005年4、7、10月的土壤水分.利用实测10cm土壤水分进行相关分析,结果表明DTEDI在宁夏土壤水分反演中表现较好,DTVDI表现略好.     

积雪和冻土保墒监测试验方案分析与设计

积雪和冻土的存在对农田土壤墒情有着重要的影响.积雪和冻土对于土壤墒情的保持有正作用,但相关研究主要停留在对这一现象的描述层面,其规律和机理的研究还有待加强.通过梳理相关监测试验成果,从试验环境、监测项目、监测仪器、监测方法4个方面对积雪和冻土保墒监测试验方案进行分析和设计.在分析已有试验的基础上,结合现有的研究经验,综合考虑试验的真实性、可控性和易于对比性提出3种试验设计方案.试验设计方案的提出可为进一步获取试验数据提供参考.     

膨胀土增湿变形特性的试验研究

为研究膨胀土的增湿变形特性,应用室内试验手段,以西安-汉中高速公路穿越膨胀土路段为依托工程,对膨胀土的增湿变形特性与初始含水量、初始干密度及荷载水平的相关关系进行了研究,实验结果表明:对于干密度一定的原状膨胀土,天然含水量越大,增湿至饱和时膨胀变形量越小.土样干密度越大,含水量变化导致的增湿膨胀变形越大,增湿变形的水敏性越强.对于天然含水量一定的膨胀土土样,增湿膨胀变形随干密度的增大而增大,这一规律对低含水量膨胀土尤为显著.膨胀土天然含水量越小,增湿变形对干密度变化的敏感性越强.当荷载比较小时,荷载对增湿膨胀变形的约束作用(膨胀变性减小)最为显著,随着荷载增加,荷载对增湿膨胀变形的约束作用逐渐减弱.重塑膨胀土和原状膨胀土具有相同的增湿变形规律,但重塑土的增湿膨胀变形量明显大于原状土.     

膨胀土边坡含水量影响因素的灰色关联分析

将膨胀土边坡含水量变化视为一个灰色系统,采用灰色系统理论的关联分析方法,将气象站常规气象资料作为膨胀土含水量变化的影响因素来考虑,综合分析各影响因素对含水量变化的正、负关联特性,计算出影响土层含水量变化的综合关联指标。     

大气影响层含水率变化对下蜀土边坡稳定性的影响分析

针对大气影响层含水率变化对下蜀土边坡稳定性的影响,以镇江跑马山边坡中的下蜀土为试样,通过直剪试验获取了大气影响层现场含水率变化范围内下蜀土的抗剪强度指标,同时结合现场探槽试验获得大气影响深度,采用有限元极限分析软件OPTUM G2分析了大气影响层含水率变化对下蜀土边坡稳定性的影响规律。结果表明:随着大气影响层含水率的增大,下蜀土边坡的潜在滑动面逐渐从深层向浅层转变;下蜀土边坡下、上限安全系数绝对衰减率的最大值都在17%左右。     

基于集成学习方法的CLDAS土壤湿度降尺度研究

土壤湿度为陆地生态系统水循环和能量收支的关键参数, 陆面数据同化系统可获得时空连续的土壤湿度数据, 但由于空间分辨率较低限制了进一步应用.以华北地区作为研究区, 基于单一模型(梯度提升机、深度前馈神经网络和随机森林)以及Stacking集成学习方法, 对中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS-V2.0)0~10 cm土层土壤湿度产品开展了降尺度研究.2019年4—10月降尺度模型的估算结果表明, 0~10 cm土层土壤湿度空间分辨率从6 km降尺度至1 km, 4种降尺度方法结果均能反映出我国土壤湿度时空变化规律, 一定程度上改进CLDAS产品高估现象, 且空间分布细节更加丰富, 精度得到提高, 其中以Stacking集成学习的降尺度方法最好, 降尺度的土壤湿度估算值与站点观测数据的相关性最高(R=0.756 8), 并且具有最小的误差(均方根误差为0.050 5 m³/m³, 偏差为-0.005 2 m³/m³).时间上, Stacking集成学习的降尺度结果同样与实测值的动态变化具有更高的相关性, 均方根误差和偏差以Stacking集成学习方法最小, 其次为随机森林和深度前馈神经网络.     

Stress-strain relationship of unsaturated cohesive soil

A moisture-content based constitutive model was proposed based on the hyperbolic model as an attempt to move towards the implementation of unsaturated soil mechanics into routine geotechnical engineering practice. The stress-strain behavior of in-situ soil at a depth of 5 m was investigated by conducting undrained triaxial compression tests using the remolded soil samples. The test results show that the stress-strain relationship of unsaturated cohesive soil is still hyperbolic. The values of parameters a and b given in the model decrease with increasing the confining pressure for soil samples with the same moisture content and increase with increasing the moisture content for soil samples under the same confining pressure. The relationships between parameters a, b and moisture content were studied for confining pressures of 100, 150, 200 and 250 kPa. The comparison between the measured and predicted stress-strain curves for an additional group of soil samples, having a moisture content of 25.4%, shows that the proposed moisture content-dependent hyperbolic model provides a good prediction of stress-strain behavior of unsaturated cohesive soil.