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。     

南方崩岗侵蚀机理及治理浅见

崩岗是南方红壤丘陵区生态安全、粮食安全、防洪安全和人居安全的主要威胁。降雨入渗会引起土体的湿胀干缩,增大土体的崩解特性,减小土体的抗剪强度、凝聚力,加重土体,扩大裂隙面,从而使大量土体崩塌,崩岗的最大后退速率可达11. 7 m/a。崩岗综合治理措施布局可概括为"上截、中削、下堵、内外绿化"。如果排水沟或削坡等工程措施不能有效地阻止大量雨水下渗,在一定程度上反而会增强崩岗的发展。通过调查发现,种植生态林可以有效阻止崩岗的发展。因此,建议调整崩岗治理的思路,大力提倡生态修复来进行崩岗治理,在一定程度上也可节省人力、财力。     

崩壁土壤界限含水率特征及影响因子研究

为了探究崩岗崩壁土壤界限含水率特征,采集长汀崩岗崩壁7个不同深度土层土壤样品研究了液塑限特征及其影响因子。研究结果表明,随着土层深度的增加,土壤液限、塑限以及缩限逐渐减小;界限含水率受土壤粒径分布与有机质含量的共同影响,随着黏粒含量与有机质含量的增加,土壤液限、塑限以及缩限变大,并且黏粒含量对界限含水率的影响最为明显,呈极显著的相关关系。土壤界限含水率与崩岗侵蚀发育密切相关,A、B层较高的液塑限值使得水分运移过程中土层重量增加,剪切力增大,坡力稳定性降低,C层液塑限值较低,容易在水分下渗产生流失,进而发生崩塌。A层和B层的缩限特征导致土壤容易形成裂隙,产生优先流,加剧崩岗的发育。研究结果为崩岗侵蚀机理研究及其治理提供理论依据。     

长江下游侧滑型窝崩成因及其力学机制

为全面认识长江下游各类窝崩的形成原因和力学机制，以和畅洲头窝崩为例进行全面分析，进而借鉴土力学方面成果，提出相应的失稳模式和估算方法。结果表明：和畅洲头窝崩属于侧滑型窝崩，其成因主要是岸滩土体中存在易液化的粉砂层，当外界出现一定的振动扰动因素，粉砂层液化条件成熟时则成为滑动层，液化层和上覆土层分多次发生大幅度侧向滑移，土体滑出窝塘口门进入河道深槽，随后被河道主流迅速分散搬运至下游。采用数理统计方法，得到土体滑移距离与液化层厚度和滑移层倾角之间幂函数形式的经验公式。研究结果可为长江下游此类窝崩的预警和治理提供参考。     

我国南方崩岗侵蚀现状调查

崩岗是在水力和重力作用下山坡土体受破坏而崩坍和冲刷的侵蚀现象,是沟壑侵蚀的一种特殊形式。崩岗侵蚀不仅破坏土地资源,淤积河道、农田及水利设施,冲毁桥梁、道路、民房,而且给当地生态安全形成巨大威胁,同时也严重制约和阻碍了当地区域经济的发展。为此,开展了大规模崩岗调查,准确地掌握了南方崩岗分布情况、数量和发展趋势,以为开展崩岗治理提供决策依据。     

鄂东南崩岗崩壁溯源侵蚀特征研究

为科学研究崩岗侵蚀机理,并提出合理有效的崩岗治理措施,采用野外试验与室内分析相结合的方法,对湖北通城县五里镇的两个典型崩岗崩壁溯源侵蚀进行了监测,并分析了相关影响因素。结果表明:崩壁溯源侵蚀是崩岗侵蚀最主要的特征;崩壁溯源侵蚀与降雨量和强雨强度密切相关,但不呈线性关系,同时也与崩岗侵蚀高程和植被覆盖度的变化有关。龛的出现和发展是导致崩壁溯源侵蚀的重要因素,龛越发育,则崩岗发生越快。治理崩岗的关键在于防止发生崩壁溯源侵蚀。     

流滑型窝崩特征及概化模拟试验

流滑型窝崩是长江中下游一种典型的岸滩崩塌形式,土体崩塌破坏发展速度快、体量大,危害很大.根据典型实例,分析了此类崩岸的特征和发生规律,并通过初步的概化模拟试验,探讨了其形成过程和成因机理.研究结果表明,流滑型窝崩是水流冲刷过程中引起的土体滑动破坏,岸坡土质抗冲差、近岸水流急是窝崩形成的基础条件,而伴随窝塘扩大出现高强度的回流是土体连续崩塌破坏的重要动力因素.     

含水率和干密度对黄土边坡稳定性的影响

为探求含水率和干密度对黄土边坡稳定性的影响,通过室内抗剪试验获得黄土在不同含水率和干密度下的力学参数。结合力学参数,对均质黄土边坡的稳定性进行有限元模拟,得到不同含水率和干密度下黄土边坡的安全系数和滑动面随含水率和干密度的变化趋势。结果表明：黄土边坡的安全系数随含水率的增大呈幂函数形式下降,随干密度的增大呈线性函数形式上升;在黄土边坡中存在某一临界含水率,当边坡的含水率低于临界含水率时,边坡的安全系数受含水率影响较大;当边坡的含水率高于临界含水率时,边坡的安全系数受含水率影响较小;在数学角度上确定了含水率和干密度对黄土边坡的安全系数均有显著影响,但含水率对安全系数影响更大;含水率的增大促使滑动面向边坡表面发展,干密度的增大促使滑动面向边坡深处发展。研究结果可为黄土边坡治理提供一定的参考价值。     

鄂东南崩岗土体特性分析

崩岗是鄂东南花岗岩地区普遍存在的土壤侵蚀现象。对通城县五里镇2个典型崩岗后壁的4层土体进行了野外测定与室内理化分析。结果表明：土体第1层和第2层的黏粒、有机质、游离氧化铁等胶结物质较多,结构稳定性较强,土壤凝聚力较大,有较强的抗剪强度和抗冲抗蚀性;土体第3和第4层性质相反;一旦土体第1层和第2层被破坏,第3和第4层暴露,在瀑流作用下,很容易被水侵蚀而形成崩岗。这一结果可为崩岗侵蚀机理研究及崩岗治理提供科学依据。     

红壤区崩岗侵蚀的土壤特性与影响因素研究

针对南方崩岗的发育与重力侵蚀密不可分的特点,利用野外采样和室内分析的方法,对南方第四纪红土、花岗岩、红砂岩发育形成的典型红壤的岩土力学性质、物理性质和颗粒组成进行了分析研究,探讨了崩岗侵蚀的土壤特性与影响因素。结果表明：（1）崩岗侵蚀与土壤的岩土力学性质有着密切的联系。第四纪红土、红砂岩、花岗岩土壤的抗剪强度依次降低、压缩性依次增大的规律与其崩岗侵蚀规模依次增大的现象相一致。（2）崩岗侵蚀与土壤的物理性质密切相关。花岗岩、红砂岩地区土壤稳定入渗率大有利于崩岗的发育,红砂岩地区崩岗集中在沟头分布的特征与其低液塑限性质有关。（3）土壤颗粒组成是影响崩岗发育的根本性物质因素。     

基于模型试验的涉水堆积体岸坡变形-破坏模式研究

为了进一步探究涉水堆积体岸坡变形-破坏模式,自主设计制作了模型试验平台,选取三峡库区碎石土样,测定了土样基本力学特性,开展了水位升降作用下堆积体岸坡的物理模型试验。依据试验现象,重点分析了不同坡度的岸坡模型在不同水位作用条件下的破坏模式。结果表明:坡度对岸坡变形-破坏特征影响显著,坡度较大(50°及60°)时,在水位上升期间便发生大规模塌岸现象,变形-破坏模式表现为水位上升→剥蚀、淘空↔塌岸→下错平台→整体滑塌→次稳定状态;坡度为40°时,在水位下降期间发生了较大规模的滑动破坏,对应变形-破坏模式为水位上升→坡体沉降→贯穿裂隙形成→水位下降→贯穿裂隙扩展↔滑面形成→整体滑移;岸坡坡度较小(35°)时,多次升降循环中并未出现明显的变形-破坏迹象。     

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。     

晋西北典型黄土陡坡急流冲刷调查研究

随着气候的变化,近年来晋陕北部暴雨集中,来势快急,对当地黄土高原造成巨大影响,陡坡急流造成坡面大量崩塌、滑坡,形成了侵蚀堆积体和沟道泥石流,对乡村和中小城镇造成安全威胁。为了研究晋西北典型黄土高原陡坡急流冲刷情况,通过资料搜集、野外勘察和测量,选取黄土裸坡冲刷状况进行取样和现场实测,获得当地降雨资料,并得到 3 种典型裸坡的侵蚀特征、形态参数和颗粒级配。通过建立边坡泥沙颗粒受力模型,分析裸露黄土边坡坡面急流冲刷的发生条件。研究发现: 降雨特征、土层特性与边坡形态共同影响着边坡冲刷侵蚀的发展。边坡冲沟沟深沿程呈波动趋势,直线型边坡冲沟沟深随径流量的增加而增大; 凹型边坡冲沟沟深随径流量的增加而增大,随坡度的增大而减小; 凸型边坡冲沟沟宽沿程沟深随径流量的增加而减小,随坡度的减小而减小。边坡冲沟沟宽沿程呈抛物线变化趋势,沟宽沿 BC 坡段减小,沿 DE、FG 坡段增大。     

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.     

陡倾顺向边坡变形破坏机理及整治措施

该文主要叙述了工程中常遇到的顺向边坡,在不同的条件下,可能出现的崩塌、滑动和隆胀的破坏机理,以天生桥水电站厂房区边坡为例,滑动边坡的治理措施为选择开挖边坡坡度等于岩层倾角,这是既简单、稳定性又较高的办法。对隆胀破坏的整治措施是:清除滑塌体、系统锚固边坡表面、在坡面设排水系统、作深锚杆及对陡倾顺向单级高大的边坡坡脚做混凝土压脚挡墙。     

不同复绿技术模式对崩岗崩壁稳定性影响研究

采用不同草灌复合模式对南方崩岗崩壁进行了复绿研究,分析了各复绿技术模式下崩壁土壤侵蚀模数、含水量及崩壁稳定系数。结果表明:各复绿技术模式能显著降低崩壁土壤侵蚀模数(P=0.05),但各处理模式间崩壁土壤含水量无显著差异。崩壁土壤含水量与前期类降雨量间呈显著线性关系。各复绿技术模式处理崩壁稳定系数显著高于未处理崩壁稳定系数(P=0.05),但各复绿技术模式崩壁稳定系数间无显著差异。崩壁稳定系数与土壤含水量间呈开口向下的二次抛物线关系,基于二者函数关系计算了各处理崩壁稳定系数最大所对应的崩壁适宜含水量,未处理崩壁适宜含水量最小。总体而言,不同复合技术模式均减低了崩壁土壤侵蚀模数,提高了崩壁稳定性。     

山地水平沟在黄土高原水土保持中的作用

通过近10年来在黄土高原地区的定点试验和示范,山地水平沟已在陕、甘、宁、蒙、晋等省区大面积推广。试验、调查结果表明,山地水平沟种植具有拦截径流,防止水土流失,提高土壤肥力,增强作物抗旱、御寒能力等多项功能。在年均坡面径流深12mm 的情况下,每公顷水平沟耕地可有效减少水、土流失1300m~3 和650t。由于水平沟种植是将种、肥同播于沟底稳墒层,人为地为作物生长建立了营养供应层,水、肥供应较为充分,作物产量较一般坡耕地提高35%～300%。     

广西桂东南区域崩岗关键影响因子及敏感性研究

崩岗是我国南方地区常见的自然灾害,但目前关于崩岗的研究大多是从定性上分析,鲜少有研究从定量上评估、预测其风险性。以桂东南区域作为研究区,利用RS与GIS技术,选取高程、坡度、坡向、土壤、地质、土地利用、植被覆盖度7个影响因子作为评价指标,以80%崩岗作为训练样本,采用Logistic模型计算出每个影响因子的权重并建立敏感性预测模型,利用ROC曲线进行模型拟合度评估,20%崩岗作为评价结果验证。结果表明:ROC曲线下的面积AUC值为0.718;地质是崩岗侵蚀的关键因子,其次为高程、坡向;研究区极度、高度、中度敏感面积分别占总面积的10.17%、19.30%、26.49%,敏感性评价结果与实际崩岗的分布趋势基本一致。研究结果表明Logistic模型可应用于区域崩岗的关键影响因子与敏感性评估中。