黄土坡面发育的细沟水动力学特征的研究

本文通过径流冲刷试验，对黄土坡面形成的细沟的水力学特征进行了试验研究。结果表明，反映细沟中径流水力几何形态的过水断面宽，平均径流深，以及平均径流速度与流量的关系指数分别为０２６，０４８和０２６。细沟阻力系数的大小与水流雷诺数密切有关，但其变化趋势受坡度的影响很大。在坡度较缓的坡面上，阻力系数随雷诺数的增大而减小。在坡度较陡的坡面上，由于水流侵蚀作用强度的变化及重力影响作用的渐趋显著，阻力系数又会随雷诺数的增大而变大。     

黄土坡面细沟水动力学特性试验研究

在室内放水冲刷试验的基础上,开展了不同流量和不同坡度条件下的均匀细沟和侵蚀细沟的水动力学特性研究,结果表明:在均匀细沟和侵蚀细沟下,平均流速均受坡度和流量的影响,且可用坡度和流量的幂函数来表示;在均匀细沟和侵蚀细沟中,水流雷诺数变化范围分别在252~1 965、248~1 903之间,均主要受流量的影响,且均随流量的增大呈线性关系;弗劳德数在均匀细沟和侵蚀细沟中随坡度的变化趋势基本一致,但随流量的变化趋势有较大差异;阻力系数在均匀细沟中随坡度、流量的增加而增大,且可以用坡度和流量的幂函数来表示,侵蚀细沟的阻力系数随坡度和流量的增大呈先增大后减小的趋势;阻力系数在均匀细沟和侵蚀细沟中随弗劳德数的变化趋势基本一致,但随雷诺数变化趋势有较大差异。     

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。     

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。     

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。     

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。     

坡面流水动力学特性分析

为了研究坡面流的水动力学特性,提出了考虑河床坡度以及降雨动量的坡面降雨径流计算方法,建立了基于Roe格式的坡面流水动力模型。结合相应的试验进行了模型验证,结果表明模拟值与实测值比较接近。应用该模型模拟了自然降雨条件下的坡面流运动情况,分析了坡面流流速、水深及出流断面单宽流量的变化规律,并对其影响因素进行了敏感性分析。模拟结果显示:坡面流流速、水深均随降雨强度、坡长及坡度的增大而增大,其中坡度的影响最为显著;出流断面单宽流量随降雨强度的增大而增大,随坡度的变化不显著。     

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。     

不同雨强和坡比条件下黄土边坡降雨入渗研究

降雨诱发滑坡是我国黄土地区的主要地质灾害之一,为了给黄土边坡防护设计提供参考,采用室内边坡降雨模型箱,开展了2种降雨强度(中雨7.00 mm/d、大雨10.75 mm/d)和2种坡比(1∶0.5、1∶1)条件下的模型边坡降雨试验,实测边坡土体含水率、基质吸力及边坡形态变化情况,比较了不同降雨强度和坡比条件下降雨入渗的差异。结果表明:黄土边坡降雨入渗深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,降雨入渗速率坡顶最高、坡脚次之、坡中最低,雨水的入渗能力随着入渗深度增加而减弱;降雨结束后边坡湿润锋深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,即降雨入渗深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,降雨强度越大边坡湿润锋深度越大,坡比越大边坡坡中降雨入渗深度越小;不同降雨强度和坡比条件下,边坡不同位置处基质吸力稳定值坡中最大、坡顶次之、坡脚最小,降雨强度越大基质吸力稳定值越小、相应的含水率越低、降雨入渗速率越高,坡比越小边坡坡中降雨入渗速率越高、入渗深度越大;降雨初期坡面未产生径流,随着降雨历时的延长,表土逐渐饱和、坡面产生径流现象,降雨强度和坡比越大边坡表层土体剥落越严重、坡面径流深越大。     

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.     

水位变化时折线型均质黄土岸坡失稳过程试验研究

西北黄土地区库岸边坡破坏有滑坡和崩塌两种基本形式。为进一步研究水位变化时折线型边 坡破坏的形式和坡型对黄土岸坡稳定性的影响,通过不同坡角的折线型黄土均质岸坡模型试验,观察并 分析相同的水位升降条件下不同坡型岸坡的失稳破坏现象。试验结果表明:在相同的水位升降作用条 件下,上陡下缓型岸坡,坡面破坏形态以淘蚀为主;上缓下陡型岸坡,坡面破坏从坡面转折处开始,以崩 塌为主。     

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。