不同坡度不同雨强下的棕壤坡面侵蚀特征研究

文章以北票市白石水库库区土壤为例,通过降雨模拟试验探讨了不同坡度不同雨强下棕壤坡面的产流、产沙特征。研究发现：(1)雨强相同条件下,坡度越大则初始产流时间越短,径流量也越大;坡度相同条件下,坡面径流量及初始产流时间差异均随着雨强的增加而减小。(2)随坡度增加棕壤坡面产沙量逐渐增大,坡度为20°时坡面产沙呈明显波动变化,研究成果可为棕壤水土流失预测及水保措施的合理布设提供一定参考。     

坡面侵蚀临界坡度的研究

从地貌学的观点概化坡面和雨带的空间状态，借助岩层产状三要素描述和分析自然条件下的型在坡面上的受雨强度，在假定坡面水流冲刷能力与度与坡面垂向受雨强度成线性关系情况下，建立坡面水流以冲刷能力与各要素的关系，分析讨论均匀理想坡面上土壤侵蚀的临界坡度。     

降雨条件下坡长对黄土裸坡面径流流态的影响

采用室内人工模拟降雨试验方法,探讨了雨强30～125mm/h条件下,坡长(1～5m)对黄土丘陵区裸坡面(20°)径流流态的影响。结果表明,试验条件下坡面薄层径流流态为层流且为急流;径流雷诺数随坡长、雨强的增大呈增加趋势,而佛汝德数随坡长与雨强的增加没有规律性;雨强、坡长与雷诺数均呈正相关关系。研究结果将为该区坡面水土流失治理提供一定的科学依据。     

坡面径流侵蚀量随坡度变化规律初探

在分析限坡面径流侵蚀机理的基础上，根据河流动力学的原理，分析了坡面上的沁在径流作用下的受力情况、导出了坡面径流非均匀沙侵蚀的临界坡度为３ψ／４。最后用湖北省一径流实验站某次实测资料对坡面径流量随直的变化规律作出完整的描述。     

降雨条件下坡面径流泥沙起动流速研究

针对降雨条件下坡面径流泥沙起动规律研究中存在的问题,在前人研究的基础上,将雨滴侵蚀力引入到降雨条件下坡面径流泥沙起动受力分析过程中,建立了降雨条件下坡面径流均匀沙起动公式,进行了典型试验,并利用已有资料和典型试验资料进行了验证。结果表明,在降雨条件下坡面径流泥沙起动研究中考虑雨滴侵蚀力的作用是合理的,且给出的公式可用于降雨条件下坡面径流及河川径流泥沙起动流速的计算。     

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。     

坡面沟蚀及其分形特性试验研究

随着降雨击溅及坡面径流的持续冲刷,坡面侵蚀将由面蚀向沟蚀转化,并形成复杂的坡面微地形,坡面微地形又将改变坡面侵蚀方式。通过降雨及直接径流冲刷条件下的坡面侵蚀试验,研究了坡面侵蚀过程和冲刷流速(量)、侵蚀率与坡面微地形分形特征之间的关系,结果表明:侵蚀坡面地形分维值与冲刷流量和坡度存在明显的相关关系,把流速和坡面侵蚀率作为坡面地形演变的直接指标,均存在分维值随其先增大后减小的规律。     

雨强和地表糙度对坡面微地形及侵蚀的影响

地表糙度是影响坡面侵蚀产沙的重要因素之一,以往研究多关注糙度对坡面产流产沙特征的影响,而较少关注不同糙度条件下坡面微地形变化和侵蚀产沙的关系。通过人工模拟降雨试验,结合Photoscan技术研究了不同雨强和地表糙度对坡面微地形及产流产沙的影响。结果表明:在试验条件下,降雨后光滑坡面和粗糙坡面4个微地形因子(地表糙度、地形起伏度、地表切割度、洼地蓄积量)数值均减小,且有随雨强增大,其减幅增大的趋势;相同雨强和降雨历时条件下,粗糙坡面微地形因子变化幅度大于光滑坡面,微地形因子变化量与侵蚀产沙量呈明显正相关;与光滑地表相比,粗糙地表只在降雨初期能有效减少产流,随着降雨时间延长,2种坡面的产流率趋于一致;在试验选取的4个雨强条件下,粗糙坡面和光滑坡面产流率均呈现先增大后趋于稳定的趋势。粗糙坡面产沙率和产流率变化规律一致,但光滑坡面产沙率表现出在产流初期迅速增大,而后呈降低并趋于稳定的趋势。研究结果可为揭示坡面土壤侵蚀机理和建立坡面侵蚀产沙模型提供参考。     

坡度对三峡库区紫色土坡面径流侵蚀的影响分析

基于运动波理论,在紫色土坡面径流侵蚀力和径流侵蚀能力的影响因素分析基础上,对三峡库区紫色土坡面土壤侵蚀的临界坡度进行了分析,分析结果表明:(1)坡面径流流量、水深和流速均随降雨强度的增大而增大,坡面径流流量和坡面径流水深随坡度的增大而减小,而流速随坡度的增大先增大再减小,在坡度为33.21°时达到最大值;(2)坡面径流侵蚀力随着降雨强度的增大而增大,而坡度对它的影响较为复杂,这个特定坡度随降雨强度和坡长的增大而减小,随坡面土壤颗粒粒径的增大而增大,对紫色土坡面而言,在37.14°～46.19°之间;(3)坡面径流侵蚀能力在临界坡度处达到最大值,临界坡度是一个变量,随降雨强度和坡长的增大而减小,随坡面土壤颗粒粒径的增大而增大,紫色土坡面径流侵蚀的临界坡度在35.93°～40.78°之间.     

坡面植被分布对降雨侵蚀的影响研究

在黄土高原约15°的自然荒草坡面上,对两个坡面小区进行野外模拟降雨实验,其中一个从坡顶向坡底逐渐破坏地表植被和结皮,另一个从坡底向坡顶逐渐破坏地表植被和结皮,分别对破坏过程中各种植被面积下的降雨产流产沙量进行比较,结果认为:在相同面积条件下,位于坡底的植被比位于坡顶的植被保水作用高2.4倍,保土作用高2.8倍;随着植被面积的减少,坡面产流量和产沙量呈不均匀的增加趋势,在不同的植被面积变化范围,坡面产流量和产沙量的增幅不同。     

持续降雨入渗对黄土边坡稳定性的影响

为探索黄土边坡在持续降雨条件下的入渗规律及其对边坡稳定性的影响,采集陕北治沟造地工程中开挖边坡的土样,在室内模拟土体垂直方向一维降雨积水入渗过程,观测分析土体含水率的变化和湿润锋运移特征,研究含水率变化对边坡土体抗剪强度的影响。根据降雨积水入渗试验得到的不同时刻土体饱和区分布情况,结合饱和区土体重度、黏聚力、内摩擦角的具体数值,采用FLAC3D岩土工程数值计算软件分析了持续降雨条件下边坡的安全稳定性以及潜在滑动面的变化情况。研究结果表明:在降雨积水入渗条件下,浅层土体中湿润锋运移速度较快,随着深度增大,湿润锋运移速度逐渐减缓;当湿润锋到达时,不同深度土体含水率均呈现先陡升再趋于平缓上升的变化规律,土体的饱和度可达到80%。降雨入渗使土体的抗剪强度显著降低,随着降雨历时的增加,边坡土体中的饱和区域增大,土体局部的剪切变形增大,进而局部发生塑性变形逐步扩展形成剪切带,从而导致滑坡。因此,黄土边坡应设置排水措施,避免降雨入渗引发滑坡等自然灾害。     

模拟降雨条件下黄土区边坡植物护坡效应

为研究寒旱环境下草本和灌木植物固土护坡作用,以西宁盆地作为研究区,采用野外模拟降雨试验装置,分别对自建试验区草本植物垂穗披碱草和细茎冰草、灌木植物柠条锦鸡儿和霸王以及裸坡开展模拟降雨试验。试验结果表明:在降雨强度为35 mm/h、降雨历时为90 min时,裸坡坡面单位面积累计产流量与累计产沙量均相对较大,分别为4 816.52 m L/m2、30.10 g/m2,霸王与柠条锦鸡儿边坡的分别为4 082.79 m L/m2、18.58 g/m2与4 329.01 m L/m2、21.70 g/m2,垂穗披碱草与细茎冰草边坡的分别为3 693.18 m L/m2、13.92 g/m2与3 469.35 m L/m2、10.20 g/m2;裸坡雷诺数(平均值为132)与弗劳德数(平均值为0.11)比灌木与草本植物边坡的大,反映了裸坡坡面水流侵蚀现象最严重;草本植物边坡阻力系数比灌木边坡的大,说明草本阻滞坡面径流作用比灌木的大。     

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。     

降雨对边坡稳定性影响分析

为了分析降水对某水利工程边坡稳定性的影响,根据现场调查,建立边坡工程的PLAXIS 3D数值分析模型,研究不同降水强度对边坡的变形、稳定性的影响。计算结果表明：降水发生后,边坡首先出现浅表层的滑动,之后滑动范围不断向深部扩展,这与降水在边坡中的入渗情况关系密切,随着降水入渗,岩土体含水量增大、强度降低,导致边坡稳定性下降。采用锚杆支护后,边坡稳定性系数与未支护条件一致,均表现为先减小后增大的变化规律,但支护后边坡稳定性系数显著增大,因此,该水利工程边坡采用锚杆支护较为有效。     

降雨要素对黄土边坡渗流及稳定性的影响

降雨是引起边坡失稳的主要原因之一,降雨要素与边坡稳定性有着复杂的关系,其中降雨强度和降雨历时起主要作用。基于多孔介质流体力学、土力学等理论,考虑不同降雨要素对饱和-非饱和土质边坡稳定性的影响,建立了降雨条件下土质边坡稳定性流固耦合模型;采用Geo-slope分析软件进行了数值求解。通过数值仿真模拟,对降雨强度和降雨历时两个影响因素进行了深入分析,得出不同条件下土质边坡稳定系数,及其与降雨强度、降雨历时之间的关系;在对降雨条件下边坡稳定性模拟预测预报的基础上,通过降雨要素与土质边坡稳定性之间关系的分析,探讨了土质边坡的安全性问题,可以为有效指导土质边坡防护工作提供理论基础。     

降雨入渗对边坡稳定性影响分析

基于多孔介质饱和-非饱和渗流理论,模拟降雨入渗条件下边坡暂态渗流场:基于非饱和土抗剪强度理论和边坡饱和一非饱和渗流分析结果,利用极限平衡理论研究了降雨强度、降雨持续时间、前期降雨以及不同降雨方式对边坡稳定性的影响.算例分析表明,随着降雨的人渗,边坡顶部非饱和区缩小,并出现局部暂态饱和区.导致边坡土体基质吸力、抗剪强度下降,从而导致边坡稳定性的降低;降雨强度对边坡稳定影响显著.降雨持续时间对边坡稳定的影响程度与降雨强度大小有关;前、后两次降雨对边坡稳定的影响与间隔时间密切相关:在降雨量相同的情况下,不同的降雨方式对边坡稳定性也有较大影响.     

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。     

黄土高原地区降雨径流理论分析

黄河中游河口镇—龙门区间属黄土高原区,是黄河流域水土流失最为严重的地区,也是黄河暴雨的多发区和主要产沙区。该区域的降雨产流方式属于典型的超渗产流,影响产流量和洪峰流量的主要因素是降雨强度,相同的日降雨量,时空分布不同,所产生的洪水量级也不同,不能用月或年的降雨量与径流量的相关关系来分析该区水沙关系的变化。随着水土保持等人类活动的影响,一般降雨情况下的径流量和来沙量明显减少,但当发生稀遇的大暴雨时,该区间仍可能出现大流量高含沙洪水。     

玉米茎流与叶面积、降雨强度之间关系研究

为了探求人工降雨条件下,玉米单位时间产生的茎流量、茎流率与叶面积、雨强的关系,从苗期到抽雄结束共进行了5轮试验,用自制降雨茎流收集筒收集试验产生的茎流,通过调节人工降雨装置达到对雨强进行控制的目的,每轮试验设置了6种不同的降雨强度。结果表明:玉米茎流量与叶面积、降雨强度均呈幂函数关系;玉米茎流率与叶面积呈幂函数关系,与降雨强度无直接关系。应选用紧凑型玉米品种,以适当提高栽植密度,增加冠层覆盖度和叶面积指数,从而增加茎流量,削减降雨能量,减轻土壤侵蚀的发生。     

黄土区微地形降雨侵蚀量分形特征研究

为了确定黄土区坡地微地形降雨侵蚀量分形特征,采用黄土丘陵沟壑区坡地表层土为供试土样,设置4种耕作方式、5个坡度等级,进行室内人工降雨试验,得到了微地形的侵蚀量观测数据。应用R/S分析法对微地形的降雨侵蚀量进行分析,确定了Hurst指数。结果显示:不同耕作模式和坡度条件下微地形降雨侵蚀量拟合参数H都大于0.5(维数D1.5),说明降雨侵蚀量存在着状态可持续性,下一时段的降雨侵蚀量与过去时段的变化趋势相同。