黄土坡面沟蚀发生机理的水动力学试验研究

本文通过试验观测及理论分析．首次从理论上探讨了坡面侵蚀过程中．侵蚀方式发生演化的水动力学机理。计算及测试结果都证明了坡面侵蚀由面状侵蚀向淘状侵蚀发展的内在原因是由于坡面径流在顺坡流动过程中，径流受边界干扰所形成的急流冲击波影响的结果。由于急流冲击波的作用．在水流方向上的冲击波交汇点．不仅水深出现局部增加，而且也会导致径流流速增大以及水流紊动增强。最终在水流纵向上出现径流侵蚀切应力的激增点。在这些切应力激增点处．水流急剧地侵蚀搬运表土，形成导致侵蚀沟发育的沟头。     

黄土坡面细沟发育过程中的重力侵蚀实验研究

利用室内模拟实验的方法对典型坡度条件下黄土坡面细沟发育过程中的重力侵蚀规律进行了研究。通过对水沙测量结果的统计分析,同时结合实验中对重力侵蚀现象的观测,给出了实验条件下的临界重力侵蚀含沙量,以此为依据计算了重力侵蚀产沙量及重力侵蚀量达到总侵蚀量50%时对应的“中值时间”。结果表明,在细沟发育过程中,重力侵蚀产沙量存在着由增大到减小再到波动的变化趋势,这一趋势对坡面产沙变化具有重要的影响。重力侵蚀发生的中值时间则由小变大,反映了细沟发育的不同阶段重力侵蚀由以沟头坍塌为主向以沟壁崩塌为主的转化过程。     

黄土坡面细沟侵蚀中的水流阻力规律研究

运用原型模拟径流冲刷实验，研究了黄土坡面侵蚀过程水流阻力的变化规律。坡度的这种作用在很大程度上是通过径流刷形成的侵蚀形态特征不同来体现的。     

黄丘区坡面细沟流速分布特征试验研究

利用坡面水蚀精细模拟降雨试验,对黄丘区陡坡(20°)条件下细沟流速分布特征进行了研究。通过对细沟形态演变过程的观察与分析,同时结合试验中对细沟间及细沟内流速的观测,给出了细沟发育过程中坡面流速沿程分布以及细沟内关键位置的流速分布。结果表明,细沟间流速分布基本不受细沟发育程度的影响,而细沟内水流流速与细沟发育过程之间存在互馈关系,首先坡面漫流向集中股流的转化促使细沟发育,会导致细沟内流速的增加,但随着细沟的进一步发展,汇流面积减小,沟床形态阻力及沟底跌坎消能作用增大,细沟流速又会逐渐减小,沟床形态阻力与径流集中产生的流速增量二者间的相互对比关系影响着细沟内水流速度。     

黄土坡面侵蚀产沙沿程变化的模拟试验研究

坡面侵蚀产沙的沿程分布规律研究是认识土壤侵蚀规律,进行有效水土保持的理论基础。为了揭示坡面侵蚀产沙的铅程分布规律以及不同坡长下细沟的发育规律。我们进行了不同坡长（2.5,5,7.5,10m)和不同雨强（0.72,1.16,1.4,2.0,2.4mm/min)的室内模拟降雨实验。结果表明,在实验条件下,黄土坡面侵蚀产沙从坡顶向下依次增大,但在不同雨强条件下变化趋势有所差异。当雨强小于2mm/min时,坡面侵蚀在5-7.5m坡段急剧增加;雨强大于2mm/min时,发生急剧变化的坡段上移至2.5/5m。上方来水是影响坡面侵蚀产沙的重要原因。短坡条件下,坡面侵蚀量与上方来水量成直线关系。细沟密度是描述细沟发育程度较好的指标。其大小随雨强以及坡长呈线性增加。     

汶川震区滑坡堆积体土石混合坡面细沟水动力学特征室内试验

野外测定汶川震区滑坡堆积体休止角,土石混合坡面容重、土壤(<2mm)与碎石(2~7mm)比例,以此作为模拟研究的参数范围,开展了室内土石混合高陡坡面放水冲刷试验,研究了不同流量,坡度,石土比例组合下的水动力学特征。结果表明：34°坡面各流量及36°坡面4L/min组合下,全土情况的水流流速均显著大于含碎石情况下的水流流速,在36°坡面8L/min,12L/min情况下,含碎石情况的水流流速逐渐增大并超过全土情况;各组合水流流速均随冲刷时间的延长而减小。石土比例对雷诺数的影响较复杂,在试验时段内各组合的水流基本属于伪层流或紊流。石土比例对弗汝德数的影响规律与流速相似,弗汝德数随冲刷时间延长而逐渐从急流转变为缓流,其中含碎石情况相比全土情况表现更加明显。Darcy-weisbach阻力系数f随冲刷时间先缓慢增加后迅速增加再急速下降,全土情况下的f值介于0.16~14.40,含碎石情况下f值介于0.16-29.68。Darcy-weisbach阻力系数f与雷诺数Re呈负相关关系。     

汶川震区滑坡堆积体土石混合坡面细沟水动力学特征室内试验

野外测定汶川震区滑坡堆积体休止角、土石混合坡面容重、土壤(2 mm)与碎石(2~7 mm)比例,以此作为模拟研究的参数范围,开展了室内土石混合高陡坡面放水冲刷试验,研究了不同流量、坡度与石土比例组合下的水动力学特征。结果表明:34°坡面各流量及36°坡面4 L/min组合下,全土情况的水流流速均显著大于含碎石情况下的水流流速,在36°坡面8 L/min,12 L/min情况下,含碎石情况的水流流速逐渐增大并超过全土情况;各组合水流流速均随冲刷时间的延长而减小。石土比例对雷诺数Re的影响较复杂,在试验时段内各组合的水流基本属于过渡流或紊流。石土比例对弗劳德数Fr的影响规律与流速相似,Fr随冲刷时间延长而逐渐从急流转变为缓流,其中含碎石情况相比全土情况表现更加明显。Darcy-weisbach阻力系数f随冲刷时间先缓慢增加后迅速增加再急速下降,全土情况下的f值介于0.16~14.40,含碎石情况下f值介于0.16~29.68。Darcy-weisbach阻力系数f与Re呈负相关关系。     

坡面细沟侵蚀形态演变与量化研究评述

坡面细沟形态是一个降雨驱动下侵蚀产沙的微地形动态响应系统,这一地形因素体现着坡面侵蚀动力学各要素及其相互作用,是基于物理过程的水蚀预报模型的关键部分。要建立具有物理意义的坡面侵蚀产流产沙预报模型,就必须从地形角度对细沟形态及其演化过程进行深入研究。评述了近年来国内外在坡面细沟形态演变与量化领域的相关研究成果,从理论研究和观测方法两方面剖析了制约研究发展的因素,提出了推动该研究发展的对策,即:构建细沟形态量化参数评价标准,从建立"状态+时间"综合量化模式入手,以坡面细沟形态为切入点,研究一个连续降雨过程中细沟形态的发育过程与降雨侵蚀产沙过程的关系,定量揭示坡面侵蚀响应规律。     

基于自组织理论的黄土坡面细沟发育特征分析*

结合作者提出的坡面发育自组织模型,本文对典型坡度条件下坡面的发育过程进行了模拟,并重点分析了面蚀与沟蚀在坡面侵蚀中的关系,尤其是关于面蚀和沟蚀贡献大小的转化机理这样一些过去无法预测的方面。结果表明,面蚀与沟蚀在侵蚀机理上有本质的区别。当坡度小于20°时,面蚀在总体侵蚀中所占的比例随坡度的增大而迅速减小;当坡度大于20°时,其减小速度随坡度的继续增加则明显变缓。由面蚀为主向沟蚀为主的转化过程之快慢,在土壤及降雨等条件一定时与坡面的坡度关系很大。15°以下的缓坡面蚀向沟蚀转化的时刻远远滞后于20°以上的陡坡。这种差异可能是由于陡坡发育过程中坡面破碎程度远远高于缓坡所造成的。     

坡面细沟发生临界条件研究

本文在总结前人研究工作的基础上，通过雨后野外细沟侵蚀查资料、试验小区观测和模拟降雨试验研究结果，分析了影响坡面细沟侵蚀的降雨径流侵蚀力与土壤抗蚀性因素；对细沟发生的水流侵蚀力临界条件和浅层洞穴诱发形成细沟的情况进行了较为深入的探讨，并对细沟发生的坡度与土壤抗剪力临界条件作了初步分析。     

粘性土坡面细沟流的水力特性试验研究

发生于粘性土坡细沟侵蚀中的细沟流，其特性多从地理角度进行描述，因而对细沟的认识也不一致。本文在室内试验的基础上，对细沟流的水力特性从最小耗能原理及水力学的角度进行了较为深入的探讨，不仅对细沟侵蚀过程中的“跌坑”现象的形成进行了分析，也得出了有别于明渠水流的细沟流的一些水力特性。     

粘性流中的二维兴波水翼水动力特性研究

本文采用边界层的概念来研究粘性流中的二维兴波水翼之水动力特性的数值计算方法。考虑到边界层与外部势流的相互干扰，运用了势流与边界层的相互迭代计算，从而求得两者相互匹配的解。用势流解求得的水翼升力系数往往比实验值明显偏大。而用本文的方法，从算例来看，计算结果比势流解减小１５％左右，而与实验值比较接近。本文还讨论了兴波阻力的计算方法，并有算例。     

基于摩擦学特性的边坡问题思考

分析了边坡稳定性问题与摩擦行为的关系,指出了边坡稳定性分析中需要注意的几个问题,同时探讨了自组织理论在边坡稳定分析中的适用性。认为：边坡稳定对系统和时间的依赖性都可以用摩擦学的内容来解释;系统依赖性揭示了边坡系统不同部位的力学性质;时间依赖性揭示了摩擦时变系统的生命周期正好与边坡的变形阶段相对应,存在着蠕变、等速变化、加速变化等阶段。     

黄土渠道高边坡渗控措施及边坡稳定研究

南水北调中线一期穿黄工程南岸连接渠道为深挖方土质边坡明渠,土体为黄土状粉质壤土,渠道边坡最大坡高超过50 m,地下水位较高,合理的施工开挖和降排水措施是保证边坡稳定的基础.在现场和室内试验的基础上,确定抗剪强度指标cd=17.0 kPa、(埃簧赶凳×10-4 cm/s;综合给水度为0.027.对施工期、完建期和运行期的渗流进行了分析,提出排水管网自排+检修期临时强(抽)排方案为渠道及进口边坡降排水的优选方案.     

黄土坡耕地耕作方式对产流产沙的影响研究

通过人工模拟降水试验,对黄土坡耕地常用的等高耕作、人工掏挖与人工锄耕等措施下地表的产流产沙规律进行了研究。结果表明:①在降水初期的25 min内,3种耕作方式具有明显的截流减沙效果,但是随着降水的继续,截流效果减弱;②产流量随降水时间呈先增大、后趋于平稳的趋势,与CK相比,等高耕作、人工掏挖和人工锄耕产流量分别减小38.17%、17.88%和9.43%;③产沙量随降水时间呈先增大、后减小并逐渐趋于稳定的趋势,且随坡度的增大呈逐渐增大的趋势,与CK相比,等高耕作、人工掏挖和人工锄耕产沙量分别减小65.6%、36.3%和23.4%;④地表开始产流依次为CK、人工锄耕、人工掏挖和等高耕作。     

Soil Surface Roughness Effects on Infiltration Process of a Cultivated Slopes on the Loess Plateau of China

Infiltration is the only way water enters soil on the cultivated slopes of the China’s Loess Plateau, so infiltration plays an important role in conserving soil moisture. The objective of this study was to investigate how a soil wetting front created by simulated rainfall migrated in soil with different types of surface roughness. The three types of soil surface treatments studied included surfaces of smooth, medium rough and rough soil. The results showed that, 1) compared with a smooth surface texture, medium rough and rough surface textures have a higher infiltration capacity; 2) the infiltration rate gradually decreases as the wetting front deepens and the rate tends stabilize over time. This change could be described by a logarithmic function; 3) at the early stage of rainfall, the wetting front of medium rough and rough surface textures varied greatly, while the variability of the wetting front decreases markedly after the infiltration rate stabilizes; 4) with increasing depth of the wetting front, the similarity between the wetting front and soil surface profile decreased significantly for the medium rough and rough surface textures. These results indicate that the process of infiltration on cultivated slopes on the Loess Plateau changed from a non-uniform pattern to a uniform pattern as time passed during a rainfall event. Overall, soils with rougher soil surfaces experienced a larger effect of roughness on the process of infiltration.     

床面颗粒受力的脉动特性

本文试验研究了床面泥沙颗粒受力的脉动特性，单颗粒球体突出于床面的试验结果表明，颗粒所受的时均力与纵向时均流速的平方成线性关系。上举力系数Ｃ１＝０．２９６，拖力系数Ｃ４＝０．３９２，与颗粒在静水中沉降时的阻力系数相近。颗粒受力的脉动强度不到时均值的１０％，脉动上举力系数Ｃ、１＝０．０７８，脉动拖力系数Ｃ４＝０１５１．脉动应力的概率密度为正态分布。梅花开紧密排列的试验结果表明，取球顶以上０．１５Ｄ处实     

不同雷诺数下水平桩柱的水动力待征

本文介绍了均匀振荡流中光滑水平桩柱上水动力特征的试验研究.试验中,雷诺数Re=20000～260000(该区域为亚临界区与临界区),Kc=5～40.分析中,利用最小二乘法来确定Morison方程中的速度力系数C_(?)及惯性力系数C_M;还利用最大值法及均方根值法对合力系数C_F与升力系数C_L进行分析,所有的正向力与升力系数都作为Re及Kc数的函数给出,并且各系数相对于其平均值的均方差值也在图中示出.其主要研究成果如下:当Re≥80000时,所有的水动力系数(包括C_D、C_M,C_F与C_L),几乎与雷诺数Re无关,且各系数均随Kc数的逐渐增加而趋向于不同的常数;当Re<80000时,速度力系数C_D随Re数的增大而减小,而惯性力系数C_M随Re数的增大而增大.     

降雨入渗条件下非饱和黄土边坡稳定的可靠度分析

根据雨水入渗在土坡内引起的土壤容重和土体的强度变化,得到体积含水量与强度指标的拟合公式,对非饱和黄土边坡的稳定进行了可靠度分析,求得了土坡的失效概率,对工程的安全可靠性做出了评价。计算表明,降雨入渗条件下非饱和黄土边坡失稳的概率远大于不考虑降雨时的正常情况,因此,非饱和黄土的边坡稳定性应充分考虑降雨的影响,需通过试验来测定含水量与土的强度参数关系。