基于人工模拟降雨的黄潮土坡面侵蚀规律研究

为探讨不同坡度和雨强条件黄潮土坡面侵蚀及入渗规律,采用人工模拟降雨实验方法,选择4种坡度和3种雨强坡面产流量、侵蚀量和土壤入渗实验研究。结果表明,相同雨强坡面产流量随着坡度的增加先增大后减小,坡度9°时产流量最大。40 mm/h雨强坡面侵蚀量随坡度的增加而逐渐增大,60、80 mm/h时侵蚀量随坡度增加表现为先增大而后逐渐减小,坡度6°时侵蚀量最大。累计产流量与累计侵蚀量在3°和其他坡度时均呈线性函数关系。黄潮土埋深0.5 m以内的土壤含水率受降雨响应较为敏感,坡度影响降雨入渗速率,浅层土壤含水率变化速率随着坡度的增加先增大后逐渐减小。入渗是影响黄潮土降雨侵蚀的重要因素。     

宁南山区不同植被退耕林地及其坡位的土壤水分时空分布特征——以骆驼林流域为例

为研究宁南山区退耕还林区不同坡位土壤水分时空分布规律,利用定点取样和室内实验相结合的方法,研究了天然沙棘和人工油松两个典型坡面的上、中、下3个坡位0～100 cm土层土壤含水率的动态变化,分析其沿深度方向变化和季节动态情况。结果表明:天然沙棘和人工油松土壤含水率最高的坡位与土壤容重最小、孔隙度最大的坡位一致,分别为中坡位和下坡位;坡位对天然沙棘土壤含水率的影响层在20 cm以下,对人工油松的影响层在40 cm以下;土壤含水率随降雨量增加而增大,天然沙棘土壤含水率对于降雨量的响应较人工油松更敏感;相同降雨条件下天然沙棘土壤含水率增幅大于人工油松;在不同坡位土壤水分的时空分布上,沿深度方向天然沙棘各坡位土壤含水率在20 cm以下土层出现差异,人工油松在40 cm以下土层出现差异,当月降雨超过200 mm时,天然沙棘各坡位间土壤含水率的差异性减小,人工油松各坡位的差异性增大,这说明植被类型对土壤含水率的分布具有重要影响。     

泾惠渠灌区气候变化对地下水位的影响

气候变化对地下水的影响已成为全球关注的热点问题之一。全球气温变化,极端气候的高频出现将成为导致世界上许多区域地下水资源短缺的重要原因。为了探究气候变化对泾惠渠灌区地下水位动态变化的影响,运用M-K趋势检验法,对研究区气温(1950—2017年)及降雨(1980—2017年)对地下水位的影响进行了统计分析,结果显示:①在整个研究阶段,湿润干旱气候交替出现,研究区地下水位年均下降0.52 m。1980—1984年,降雨较多阶段地下水位无明显下降;1985—2002年降雨减少阶段,地下水位下降显著;2003—2011年降雨湿润期,地下水位变化平稳;2012—2017年少雨期,地下水位呈现下降趋势。②在研究期间气温变化呈上升趋势,气温年均上升0.04℃,在2012年之后,上升趋势显著,气温越高,地下水埋深越大。     

辽西山地丘陵区小流域土壤水分空间变异特性研究

为揭示地形条件和用地类型土壤含水率影响因素及其变异特性，以辽西山地丘陵区下山口小流域为例，用统计学方法全面探讨土壤水分变异特性。结果表明：从低到高不同土地利用方式下土壤含水率排序：灌木林地<林地<草地<耕地，各用地类型呈极显著差异，从土壤剖面上含水率表现出先下降后上升变化特征；从低到高不同地形条件下土壤含水率排序：坡顶<坡地<沟底<梯田，不同坡位上排序：坡中<坡上<坡下，不同坡向上排序：阳坡<阴坡，土壤含水率达到中等变异程度。研究成果为辽西山地丘陵区不同地形条件下植被布局、土地利用结构优化以及土壤水分管理提供一定支持。     

南江县古坟坪滑坡降雨入渗观测与稳定性分析

为研究降雨条件下浅层土质滑坡的入渗规律及其对稳定性的影响,以南江县古坟坪滑坡为例,对该滑坡区及其邻近区域开展了不同深度体积含水率和基质吸力监测。结合实时降雨量资料,分析降雨条件下坡体内部的含水率和吸力的动态变化过程,并基于无限边坡模型开展坡体稳定性计算。结果表明:2^#监测点位于滑坡邻近区域,初始体积含水率随深度的增加而减小,但滑坡区后缘存在基岩汇水点,导致1^#监测点初始体积含水率随深度的增加而增加;1^#监测点基岩面处存在入渗的优势通道,降雨时基岩面处体积含水率最先响应;降雨过程中稳定性系数随着深度的增加不断减小,最危险的滑动面处于基岩面,但是现阶段滑坡处于稳定状态,稳定性系数>1。通过对滑坡体入渗规律和稳定性的分析,可为该类典型滑坡的预报预测、危险性评估及灾害治理提供科学的理论依据。     

降雨入渗下膨胀岩渠坡失稳的原位试验研究

 为研究在降雨入渗条件下的膨胀岩（土）渠坡土-水相互作用机理及滑坡成因,在河南新乡南水北调中线工程潞王坟试验段裸坡试验区对不同坡比的 2 个膨胀岩渠坡进行人工降雨试验,试验中跟踪观测渠坡下渗强度、含水率、吸力及水平位移对降雨的响应规律。对观测成果进行分析后认为,在供水强度大于渠坡下渗能力的情况下,降雨强度及坡度对下渗强度没有影响;裂隙发育深度以内土层受降雨影响最为严重,其含水率在干湿循环过程中大幅波动;不论是陡坡还是缓坡,滞水层的存在均使浅层吸力大幅下降;水分入侵只是膨胀岩（土）渠坡滑动破坏的一个诱发因素,干湿循环所引起的裂隙发育与强度衰减才是其根本原因。     

甘肃泾川刺槐林地穿透雨对降雨的响应

利用2011年和2012年生长季甘肃省泾川县中沟小流域刺槐林地的穿透降雨观测资料,对不同地形/断面部位、不同坡向、不同坡位穿透雨的差异进行综合分析,结果显示:研究期间的林外降雨总量为1061.1 mm,穿透雨量占降雨量的百分比为73.0%~85.6%;对于单次降雨,刺槐林地穿透雨量与降雨量之间呈显著的三次多项式关系;地形/断面部位和坡向对穿透雨量的影响差异显著,而坡位的影响差异不显著,表现出流域空间尺度上林地穿透雨量的非均衡性。     

降雨联合库水位变动对均质土石坝坝坡稳定特性影响研究

为研究降雨和库水位变动共同作用对均质土石坝坝坡稳定特性的影响,基于非饱和渗流原理,选择不同降雨强度、降雨类型(3种)及库水位升降速率,对土石坝坝坡稳定情况进行有限元模拟,结果表明:(1)无降雨水位变动时,水位变动速率主要影响上下游坝坡安全系数趋于稳定的时间,下游坡安全系数变化幅度整体要小于上游坝坡;(2)不同强度降雨和库水位变动同时作用时,降雨强度对上游坝坡的安全系数影响较小,上游坝坡最危险工况为水位下降4 m/d+40 mm/d降雨,安全系数为1.298,下游坝坡最危险工况是水位上升4 m/d+40 mm/d降雨,安全系数为1.443;(3)不同类型降雨和库水位变动共同作用时,此时坝坡稳定分析可分为3个阶段,各阶段安全系数变化随降雨类型呈现出复杂的变化特性。该研究成果为正确认识降雨联合库水位变动下的土石坝坝坡稳定性规律提供参考。     

安阳市平原区浅层地下水对暴雨洪水的响应

在系统分析安阳市“7·19”特大暴雨洪水事件的基础之上,探讨典型极端降雨条件下安阳市东部平原区地下水对暴雨洪水事件的响应。在利用灰色关联分析法确定安阳市东部平原区浅层地下水水位和降雨量二者之间的相关程度的基础上,提出一种基于ArcGIS软件的地下水补给量计算模型。研究结果表明：安阳市平原区浅层地下水水位与降雨量的关联系数大于0.85,地下水资源量变化受降雨补给影响显著;“7·19”事件降雨强度大,雨量集中,受大范围强降雨影响,地下水位变幅沿河道向两岸方向没有形成递减的变化趋势,水位变幅与降雨分布呈正比;此次洪水为单峰型洪水,模型计算研究区地下水补给量为5.19亿m3,洪水转化率0.8 %。该计算模型适用于资料缺乏地区地下水补给量计算和雨洪资源化定量分析,对雨洪资源利用和地下水响应分析具有一定的参考价值。     

河渠水位对两侧地下水的影响

河渠水位与两侧地下水位关系密切,直接影响当地工农业生产的发展,沿河地区的地下水位变化,受水文、气象、河渠结构、两岸土壤、水文地质条件、地形等因素的制约。本文对河渠水位上升、下降引起两侧地下水位变化的范围、距河不同地点地下水位上升、下降速度和高度,以及河水与两侧地下水的相互补给流量进行了试验研究。并分别对河渠侧渗与降雨入渗,对两侧地下水位变化特征的影响进行了分析比较,试验结果表明,侧渗引起地下水位的变化出现在近河一定范围内,降雨入渗则引起大面积的地下水位上升。根据地下水位变化规律,探讨了修建截渗工程,发展井灌、建立田间排水系统等调节地表水与地下水的措施。     

降雨条件下双层土坡的模型实验研究

针对降雨入渗非均质土坡的稳定问题,建立双层边坡模型进行人工降雨实验,对坡体进行含水率和孔隙水压力监测,得到了非均质土坡在降雨条件下含水率和孔隙水压力更真实的变化。基于模型实验结果的分析,得出变化规律如下:①坡体渗流趋于稳定时,含水率、孔隙水压力不仅和深度有关系,而且也与土体物理性质有关。这与均质土坡的渗流状态明显不同;②坡体含水率、孔隙水压力在降雨过程中,响应时间随深度增大而增大。雨后过程中,下层土体含水率、孔隙水压力降低速度大于上层;③相同雨强条件下,坡体含水率和孔隙水压力随降雨历时而不断增大。降雨强度越大,坡体的孔隙水压力和含水率响应时间越早,但在坡体浅表层这种时间效应不明显;④对于降雨过程中能达到稳定渗流状态的土坡,前期降雨量主要影响降雨过程中含水率和孔隙水压力的变化。研究成果为降雨入渗条件下非均质非饱和土边坡的稳定分析提供了依据。     

Experimental study on slope sliding and debris flow evolution with and without barrier

A constitutive model on the evolution of debris flow with and without a barrier was established based on the theory of the Bingham model. A certain area of the Laoshan Mountain in Nanjing, Jiangsu Province, in China was chosen for experimental study, and the slope sliding and debris flow detection system was utilized. The change curve of the soil moisture content was attained, demonstrating that the moisture content of the shallow soil layer increases faster than that of the deep soil layer, and that the growth rate of the soil moisture content of the steep slope is large under the first weak rainfall, and that of the gentle slope is significantly affected by the second heavy rainfall. For the steep slope, slope sliding first occurs on the upper slope surface under heavy rainfall and further develops along the top platform and lower slope surface, while under weak rainfall the soil moisture content at the lower part of the slope first increases because of the high runoff velocity, meaning that failure occurring there is more serious. When a barrier was placed at a high position on a slope, debris flow was separated and distributed early and had less ability to carry solids, and the variation of the greatest depth of erosion pits on soil slopes was not significant.     

坡面降雨和坡脚浸泡对土坡影响的模型试验研究

降雨是诱发边坡失稳破坏的重要因素,为研究降雨条件下土质边坡的滑动破坏规律,为了便于制模和坡土位移的PIV观测,开展了无黏性土降雨滑坡的模型试验,利用体积含水率传感器测试了降雨条件下坡土不同位置处含水率的变化特征,利用PIV技术研究了边坡渐进变形破坏的发展过程,分析了变形场特征,并进一步研究了长时间降雨坡脚浸泡导致的破坏规律。结果表明:持续降雨入渗条件下坡土体积含水率依次可分为初始平稳期、上升期和最终稳定期三个阶段,坡脚土体的积水会导致边坡进一步滑移破坏。边坡破坏模式为渐进式滑移变形破坏;根据边坡速度场和位移场随厚度分布特征,可将坡土从下往上分为稳定层、剪切层和随动层。     

紫色土坡面壤中流形成与坡面侵蚀产沙关系试验研究

 采用人工模拟降雨法,在长5.0 m、宽1.5 m、6个不同坡度（10°,15°,20°,25°,30°,35°）的径流小区上,通过3个不同降雨强度（1.0,1.5,1.8 mm/min）,对紫色土坡面产流形式及侵蚀产沙关系进行了模拟试验研究。结果表明：紫色土坡面总径流主要由地表径流和壤中流两种形式组成,地表径流和壤中流在总降雨量中的比例随雨强和坡度的不同而发生变化,在相同坡度情况下,壤中流占总降雨量的比例随雨强的减小而增大,在雨强相似的条件下,壤中流占总降雨量的比例随坡度的增大而增大。普遍存在的壤中流在土壤侵蚀尤其是重力侵蚀中起到了相当重要的促发作用,甚至由壤中流促发的侵蚀量要远远高于片蚀、沟蚀等坡面侵蚀形式,这与以往研究表明的长江流域坡面侵蚀以面蚀为主的结论有所不同。     

流动沙丘降雨入渗和再分配过程

本文通过野外监测和模拟降雨试验对流动沙丘降雨入渗补给、再分配过程和蒸发消耗几个方面作了定量研究。结果表明：科尔沁沙地流动沙丘0～200cm深度土壤层特性具有明显的垂直变化，0～20cm为表层干沙层；20～140cm为降雨影响变化层；140cm以下为深部稳定层。土壤入渗速率受降雨强度的控制，强度大，入渗也大，入渗深度与降雨量和降雨强度之间存在线性关系。湿润锋迁移速率在降雨开始较小，而后逐渐增大，达到峰值之后，又随时间而降低，最后趋于稳定。13.4mm的降雨是无效降水和补给地下水的分界点；≥20mm的降雨可使蒸发层土壤在再分配结束后达到最小持水量；≥50mm的降雨通过土壤水分的再分配可以使120cm深度土壤水分达到饱和持水量，进而下层进行饱和排水入渗。     

基于ABAQUS的降雨条件下鄂东南崩岗侵蚀分析

以研究崩壁在地下水抬升与不同类型降雨联合作用下的失稳模式与渗流场特性为目标,基于野外勘查和相关物理分析获取的鄂东南崩岗区典型风化岩土体剖面各层次基本指标数据,尝试从崩壁渗流场与应力场两场耦合的角度,运用数值试验探讨单次降雨诱发下水力因素影响崩岗侵蚀的过程与机理。结果发现:长期小雨环境下,崩壁破坏方式属于崩壁中下部土层局部被淘空与砂土层上覆土体整体滑移相结合;短时强雨环境下则表现为坡面浅层（分层）流滑破坏。但无论何种降雨类型都存在一个促使崩壁砂土层被水蚀并退去后形成凹腔(龛)的降雨前期阶段,直到龛深达到一极限值,龛体积不再扩大,转为历时较短的崩壁失稳前的降雨后期阶段。强降雨入渗产生的渗流区域主要分布在崩壁浅层地表,引起浅层土体持续软化,剪应力明显增大。伴随降雨历时的延长,坡面浅土层出现暂态饱和区且湿润峰(零压面)逐渐向崩壁深处推移,地下水位线逐渐抬升并以出露泉方式对砂土层下部造成机械潜蚀。分析结果与野外观测现象较为一致。     

等高反坡阶对坡耕地土壤水分空间分布的影响——以昆明松花坝水源区为例

坡耕地是昆明松华坝水源保护区主要土地利用类型,针对日益严重的水土流失,选取水源区迤者小流域内不同坡度的坡耕地为对象,并对其进行等高反坡阶处理,研究坡度及等高反坡阶对坡耕地土壤含水量的影响。结果表明,等高反坡阶处理坡耕地表层土壤的保水效果好于普通坡面,等高反坡阶具有拦蓄地表径流和再分配的功能,降雨后20~40 cm深土层的含水量相较于表层土壤高出1.9%~6.49%;土壤含水量和坡度、深度、有无反坡阶之间均呈现显著的负相关性,与海拔成显著正相关关系。     

湿润喀斯特地区冬季灌丛土壤水分对降雨的响应

为分析湿润喀斯特地区冬季灌丛土壤水分对降雨响应的规律,基于实地逐日监测记录的灌丛土壤水分和降雨数据,对冬季灌丛土壤水分与降雨的响应关系进行分析。结果表明：小于5.80 mm的12场小降雨事件对土壤水分无法进行有效补给,大于20 mm的2场降雨事件能够有效补给土壤水分,土壤水分的响应时间随着降雨量的增加而加快。根据土壤水分变化趋势,冬季灌丛土壤水分变化可划分为3个阶段：土壤水分消退期、土壤水分上升期、土壤水分平稳期。冬季,受植被截留、地表枯落物吸收等因素的共同影响,导致小降雨事件不能使灌丛土壤水分得到有效补给,表现出平稳或微减的变化;大降雨事件对灌丛土壤水分起到有效补给,能够促使更多水分向深层渗透,显著改善深层灌丛土壤水分状况,且雨前土壤含水量越低,降雨对表层土壤水分的补给越大。冬季灌丛土壤水分的入渗深度主要受强度适中、历时长、雨量大的降雨影响,且雨前土壤含水量越高,则降雨的入渗深度越大。     

降雨入渗边坡非饱和渗流过程及稳定性变化研究

天然降雨和高坝泄洪雾化雨入渗对大坝下游边坡有两方面影响,一是升高含水率使土体重度增加,导致其下滑力增加;二是升高土体含水率,降低土抗剪强度和阻滑力。因此,降雨入渗引起的滑坡时有发生。对此设计了室内人工降雨物理模型试验,分析研究砂土质边坡降雨入渗情况下,边坡内部水分扩散过程和规律以及暂态饱和区扩展过程,计算各入渗时刻边坡的安全系数,分析入渗发展对边坡稳定性变化过程及其特征的影响。试验分析结果表明:降雨入渗率先在边坡表面形成暂态饱和区,随着降雨持续,暂态饱和区逐渐扩大;雨强越大,降雨期间形成的暂态饱和区越大,边坡稳定安全系数的降幅就越大;试验得到了降雨入渗深度随降雨历时和强度变化的经验式。增大降雨强度会使试验砂土的含水率更接近于饱和含水率,但无法使砂土完全饱和。降雨入渗对边坡稳定性的影响不仅仅发生在降雨过程中,降雨停止后,水分入渗过程延续,边坡稳定性持续降低,水分入渗在一定的延后时间内继续威胁边坡安全。雨强为144 mm/h条件下边坡稳定安全系数在6 h时降到了最小值1.196,最大降幅达38.2%。     

含砾土坡坡面降雨和坡脚浸泡模型试验研究

降雨是诱发边坡失稳的重要因素,为此开展了含砾量分别为10%,20%和40%的含砾土坡的坡面降雨和坡脚浸泡的模型试验。利用体积含水率和吸力传感器测试了含砾土坡的水土特性,观测了边坡湿润锋的发展过程,利用PIV技术研究了边坡的位移变形过程;通过控制坡脚水位及坡顶后续加载研究了坡脚浸泡作用下土坡的沉降变形规律。试验结果表明:降雨条件下,含砾量越高,土坡坡面侵蚀发育越缓慢,边坡的细粒土越容易达到完全饱和状态;坡土饱和后,含砾量10%的土坡主要以坡面侵蚀和变形为主,不易发生整体破坏,含砾量20%和40%的坡土均发生了整体滑移破坏。坡脚浸泡过程中,含砾量越高,边坡变形量越小,在水位下降过程中基质吸力恢复越快,在浸水过程中边坡吸力丧失范围越小。在坡脚浸泡及后续坡顶加载作用下,含砾量10%的土坡会产生较大变形,含砾量20%的土坡最容易发生破坏,含砾量40%的土坡稳定性良好。