晋西黄绵土坡面径流流态与输沙特征试验研究

为了探讨晋西黄绵土坡面径流流态与输沙特征,本研究采用室内人工模拟降雨试验方法,对降雨条件下坡长对该区坡面径流雷诺数、弗劳德数、径流量、产沙量与输沙率进行量测与分析。结果表明:在雨强30~125mm/h、坡长1~5m的情况下,坡面薄层径流为层流,且为急流;径流流态对坡面水流侵蚀力有显著影响,产沙量与雷诺数呈良好幂函数关系;雨强与坡长的增大可增强径流紊动性,输沙率随二者的增大呈增加趋势,当雨强大于60 mm/h、坡长由3 m延长到4 m时,输沙率增量较2~3 m与4~5 m时小;输沙率与径流量的关系可用幂函数描述。该研究结论能够为黄土陡坡面水土流失治理和水土保持措施的布设提供一定的依据。     

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。     

EUROSEM模型对晋西黄绵土坡面侵蚀过程的模拟应用

晋西黄绵土坡面因其土壤、降雨等条件极易造成严重水土流失,本文基于不同坡长(2、3、4m)与雨强(60、90、120 mm/h)组合方式下的野外人工模拟降雨试验,应用EUROSEM模型对坡面径流侵蚀过程及产流产沙总量进行模拟,通过对比分析模拟值与实测值,评价该模型对晋西黄绵土坡面土壤侵蚀过程的模拟效果及在该区的适用性.结...     

坡面流临界坡角数值模拟研究

探究坡面流水动力学特性是研究坡地土壤侵蚀机理的基础。为增进对坡面流的系统科学认知并提供新视角,采用改进的Green-Ampt模型建立平直坡面土壤入渗模型,采用Preissmann时空平均四点隐式差分法离散圣维南方程并构建坡面流数值模型,运用前人试验资料验证了模型的有效性,模拟了雨强分别为60、30 mm/h,坡长为5～50 m、坡角为5°～50°坡面流过程。结果表明：在雨强为60、30 mm/h的情况下,各种坡长不同坡角坡面流随降雨持续的变化情况相似,均表现为产流初期单宽流量快速增大,产流约20 min之后转为缓慢增大或趋于稳定;从坡顶到坡脚,初始产流时间几乎没有差异,而总体径流时间沿程增大;在一定雨强和坡长情况下,坡角从5°增大至50°时,坡面流单宽流量和流速均呈现先增大后减小的趋势,即存在使单宽流量和流速达到最大的临界坡角,单宽流量临界坡角随坡长的增大而增大,其变化范围为5°～31°;当雨强和坡长不变时,降雨停止时坡脚处的水深随坡角增大而减小,且坡角较小时其对水深的影响较明显,在雨强为60、30 mm/h情况下各种坡长不同坡角坡面流水深变化范围分别为0.66～37.74 mm和0....     

短历时大降雨条件下河道输沙经验模型研究

我国很多流域在夏季常遭遇历时短、强度高的暴雨,在暴雨和洪水的侵蚀作用下,地表沙土严重流失,研究短强降雨影响下河道输沙对于水土流失具有重要意义.为研究短历时大降雨条件下河道输沙变化趋势特征,基于M-K分析法、累积双曲线法及M-W-P法建立流域短历时大降雨条件下河道输沙经验模型,根据日降雨数据和历史摘录降雨数据准确建立不同...     

湘中红壤丘陵区小流域次雨洪产沙模型研究

为建立适用于湘中红壤丘陵区小流域次雨洪产沙模型,对湖南省武水河井头江水文站上游流域共27场具有代表性的小洪水的降雨、径流与泥沙进行了相关分析和精度检验。结果表明：次暴雨输沙模数和最大0.5 h雨强、次降雨量、次地表径流深都有较好的相关性,因此选取次降雨量与最大0.5 h雨强做因子,采用最小二乘法建立了次输沙模数的二元一次线性回归模型。经检验,该模型具有一定的精度,可据此模型对该流域次雨洪产沙量进行预报。     

推移质输沙率神经网络模型的试验研究

本文在分析推移质输沙率演变过程及其影响因素的基础上，概化为一种非线性的输入输出泛函关系。而后以人工神经网络作用原理建立了推移质输沙率的反馈网络模型。在变坡水槽中铺设天然沙，进行了九组不同流量、坡降及床沙组成的恒定流推移质输沙率试验。对每组试验过程连续接沙，称取并记录每次接沙时间、输沙量及其最大粒径，直到床面粗化稳定为止。以此试验资料对模型进行识别及模拟，显示了该推移质输沙率反馈网络模型具有较好的模拟预测效果。     

不同输沙流态对多沙河流水库水沙调节计算结果影响的分析研究

在利用水沙数学模型进行多沙河流水库水沙调节计算时,准确的预判相应的来水来沙条件和库型边界条件下入库含沙水流的输沙流态并确定相应的控制方程,是确保计算结果准确的关键.通过建立水库一维非饱和输沙数学模型,对相同库型条件和相同来水来沙条件时不同输沙流态时人库水流的泥沙冲於量进行计算,初步量化回答了不同输沙流态对多沙河流水库水...     

湿陷性黄土与膨胀土的分级增湿变形特性试验研究

对陕西张桥的湿陷性黄土和安康的膨胀土分别进行了分级增湿变形试验。根据试验结果分析了这两种土的应力应变关系曲线、增湿变形过程中基质吸力变化特点及增湿变形类型。分析表明，其两者的增湿变形应力应变曲线形态完全不同，湿陷性黄土的应力应变曲线明显分为压缩、湿陷变形和固结压密3段，并且在湿陷变形转变为固结压密时有一个明显的转点。膨胀土的应力则随变形增加呈衰减趋势，并且在增湿变形中以体积变形为主，剪切变形较少。湿陷性黄土和膨胀土在增湿过程中基质吸力变化亦表现出明显的差异，前者随含水率明显变化，随应力变化较小，而后者随含水率和应力的增加均有较大变化。最后提出湿陷性黄土的湿陷起始应力和膨胀土的膨胀应力两个概念，进一步合理分析了两者的特征力。     

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...     

侧限条件下原状黄土增湿特性研究

目前,对侧限条件下原状黄土增湿过程中的变形和持水特性研究还较少。以新疆伊犁原状黄土为对象,采用固结仪开展了不同竖向压力作用下的分级增湿试验和湿陷试验。在分级增湿试验中,研究了增湿过程中持水特性以及静止土压力系数的变化规律,提出了侧限条件下土水特征曲线模型以及静止土压力系数的表达式;引入"增湿水平"这一变量描述土体的含水状态,研究了增湿变形与增湿水平的相关关系。最后通过比较增湿试验(单线法)和湿陷试验(双线法)所得到的增湿水平与增湿变形系数关系曲线,验证了两种试验方法在黄土增湿变形研究中的等效性。     

黄土地基增湿自重湿陷变形特性的离心模型试验

针对新疆伊犁地区某引水渠基工程,采用黄土湿陷变形计算的双线法,开展了黄土地基增湿自重湿陷变形特性的离心模拟研究。试验研究表明,黄土地基的增湿自重湿陷变形是地基饱和度及厚度的二元函数,增湿湿陷变形随着地基厚度和饱和度的增加呈增大趋势,在增湿湿陷变形-地基厚度-饱和度三维空间中形成一个双曲抛物面,称之为地基增湿自重湿陷变形面。通过将离心模型试验结果与现场浸水试验数据进行对比,验证了地基增湿自重湿陷变形面的合理性,同时也证明了基于双线法采用离心模型试验研究黄土地基湿陷变形特性的可行性。     

二元介质模型在黄土增湿变形分析中的应用

在作者建议的二元介质模型中,黄土的变形模量随饱和度的增加而减小,当饱和度与吸力的关系已知时,模量将随孔隙水压力的增大而减小。在此基础上,文中推导了增量型的广义有效压力公式,其孔隙水压力与应力张量成正比,从而不再是标量。文中将上述公式代入平衡方程,推导了不用初应变法而算出湿陷变形的直接算法,并编制了孔隙水压力与土骨架变形的耦合分析有限元程序,用于室内单轴压缩试验和现场荷载板浸水试验的计算,得出了合理的计算结果。     

湿陷性黄土的结构性参数本构模型

本文通过黄土的三轴剪切试验,基于综合结构势的概念,建立了一个能够反映湿陷性黄土含水状态、应力状态和应变状态影响的结构性参数数学表达式。将结构性参数引入剪应力剪应变关系分析中,得到了考虑黄土结构性的应力应变关系。试验揭示了湿陷性黄土具有剪缩剪胀性,表明应力比与剪缩剪胀应变比之间具有良好的线性关系;固结围压越大,剪缩剪胀临界点的应力比越大,含水率越大,剪缩剪胀临界点的应力比越小。最终,建立了反映黄土结构性变化、应力应变软化与硬化、剪缩剪胀变形特性的本构模型。通过本构关系描述湿陷性黄土的应力应变发展过程,得到了与试验结果一致的变化曲线。     

湿陷性黄土渠道浸水变形的数值模拟

天然土体一般具有原始结构,在其结构被破坏前后会表现出不同的力学特性,这些特性很难用传统的弹塑性理论来进行模拟。本文提出能够反映胶结和吸力两个因素影响的结构性黄土本构模型,采用损伤函数和屈服函数反映天然黄土的湿陷变形。这一模型把变形过程中的天然黄土看作不同大小土块的集合体,总的变形由土块的弹性变形、土块之间滑动引起的塑性变形和土块破碎引起的损伤变形三部分组成。塑性变形常用屈服函数描述,损伤变形则引入一种类似的损伤函数加以描述。本文在严格的非饱和土力学理论的基础上,开发相应的有限元程序,模拟一个黄土渠道典型断面的湿陷变形,分析了黄土渠道浸水变形的基本特性。     

Hardfill 材料非线性弹性本构模型研究

在砂砾料中掺入少量胶凝材料得到了一种新的低强度筑坝材料——Hardfill材料,其力学性能介于碾压混凝土和土石料之间,应力-应变关系具有明显的弹塑性性质和应变软化等特性.在已有研究的基础上,通过理论和数学分析,提出了能够反映Hardfill材料应变软化特性、参数物理意义较为明确的六参数非线性弹性本构模型,并给出了详细的参数确定过程.将该本构模型应用于坝高100m的Oyuk坝进行非线性有限元分析,结果表明:应用非线性本构模型计算所得坝体应力和变形分布规律与线弹性计算结果基本一致;因坝体应力水平较低,材料基本处于线弹性状态,非线性计算所得应力值与线弹性结果相差不大;而在坝趾等应力水平较高的部位,非线性计算所得应力集中值明显较小.     

黄土的二元介质模型

把天然黄土看作由胶结块和软弱带组成的非均质材料，建议了一个黄土二元介质模型。文中首先分析了胶结块的浸水软化和应变软化机理，在此基础上建立了胶结块和软弱带的应力-应变关系和相应的破损演化规律。模型参数可以通过原状试样和重塑试样的常规试验测定。     

洛川黄土的动变形和强度特紧性

本文对陕北洛川标准剖面原状黄土的动变形强度特性进行了系统的研究，得出了一系列规律性的成果．对动本构特性，动强度特性以及动变形特性等方面的问题也进行了试验研究     

原状黄土增湿过程中的土水特征曲线模型

黄土增湿过程是黄土持水特性与增湿变形特性相互影响的过程。已有的土水特征曲线模型主要描述土体的含水状态与吸力的相关关系,无法全面反映增湿过程中黄土的持水特性与变形特性。因此在固结仪上开展了新疆原状黄土的分级增湿试验研究,试验中引入能够全面反映土体含水状态和变形情况的"增湿水平"这一变量,并用增湿水平和吸力表征黄土土水特征曲线模型。结果表明:各竖向压力作用下增湿过程中,半常用对数坐标系下原状黄土增湿水平与吸力关系曲线形状相似,均明显的分为初期平缓段和陡降段两个阶段;竖向压力对增湿水平与吸力关系曲线的影响主要体现在初始吸力与陡降段斜率的不同,可以归一化为幂函数形式;为此建立了以增湿水平和吸力表征的土水特征曲线模型。并将该模型用于其他地区黄土,验证了所建模型适用于原状黄土的初始含水率和吸力状态、不同初始含水率的压缩状态,以及重塑黄土在压力作用下的增湿变形状态。