模拟降雨条件下坡面径流、泥沙与磷素质量浓度变化特征

利用室内人工模拟降雨试验,研究不同坡度、不同降雨强度下径流小区的径流、泥沙与磷肥输出特征间的关系.研究结果表明:在不同的降雨强度下,径流中磷素质量浓度随时间递减,而泥沙中磷素质量浓度随时间递增,且雨强越大,磷素质量浓度越大;在不同的坡度下,径流中磷素质量浓度随着坡度增大而增大,在20°与25°之间存在转折点,泥沙中磷素质量浓度随坡度增大而增加的规律十分明显,这与径流中磷素随时间变化情况恰好相反.     

坡度对坡面降雨产流规律的影响

通过建立概化坡面模型,设置不同坡度下的单层无限深均质各向同性梯形壤土剖面,在不考虑蒸散发和土壤水分滞后效应的前提下,假定若干初始土壤含水量,借助Hydrus软件,在给定时空分布均匀降雨的条件下对Richards’方程进行数值计算以探索坡度对霍顿型降雨产流过程的影响。结果显示产流基本随坡度增加而减小,而初始土壤含水量增加将抑制坡度对产流的影响,用幂函数可以较好地近似产流和坡度之间的关系。     

岩溶地区红壤坡面入渗与坡面径流关系研究

探究红壤坡面细沟侵蚀中入渗与坡面径流的关系,通过室内模拟冲刷试验,设计3种坡度(10°,15°,20°)和3种冲刷流量(0.7,1.0和1.3 L/min),测量不同时间段内的入渗量和径流量,探究红壤入渗与坡面径流的关系.结果表明,保持冲刷流量不变,在不同坡度下,坡面红壤入渗量会均随着时间的推移逐渐增大,坡度越小入渗量越大.随着时间增加,入渗量开始增加的幅度较大,之后慢慢减少,直至在某个数值左右波动.同时,坡度越高,坡面径流量就越大,不同坡度下坡面径流量随冲刷时间的推移会有不同的结果,存在一个使坡面径流量在30 min内随时间呈现稳定上升的临界坡度.保持坡度不变,在不同冲刷流量作用下,在冲刷前期确有着明显的规律,即冲刷流量越大入渗量越大,并且随时间的推移不断增大.同时,冲刷流量越大坡面径流量也就越大.在不同冲刷流量下,当坡面红壤饱和后入渗量会出现峰值.     

不同坡度和前期土壤含水率下裸地和草地的降雨产流试验分析

坡度和前期土壤含水率是降雨产流过程的重要影响因素。为探讨其对降雨产流过程的影响,采用人工降雨模拟试验,对太行山前平原区不同坡度和前期土壤含水率下草地和裸地降雨产流过程进行了研究。结果表明:(1)草地和裸地的径流量均随坡度和前期土壤含水率的增加而增大,且裸地在稳定阶段的产流量以及累积产流量均高于草地;同时,前期土壤含水率较高时,累积产流量与降雨历时呈现出分段函数的关系;(2)径流系数、产流滞时以及入渗率随坡度和前期土壤含水率的增加分别呈现出增大、减小和减小的趋势,且两影响因素对草地径流系数、产流滞时及入渗率的影响程度均强于裸地;(3)裸地和草地的入渗率均随坡度和前期土壤含水率的增加,其变化速率逐渐增大,且较其他入渗模型,Horton入渗模型可以很好地估算土壤入渗率以及入渗量。通过试验研究,以期为进一步探索太行山前平原区降雨产流规律提供参考。     

城市地表产流特性与计算方法分析

分析了城市地表雨水产流特性,讨论了城市地表雨水产流的计算方法,通过比较分析得出：对城市不透水区,降雨损失主要以初损中的洼蓄为主,若精度要求较高,宜采用蓄满产流中的指数分布计算方法或变径流系数法;若精度要求一般,可采用SCS曲线法或综合径流系数法．对于城市透水区域,降雨损失主要以下渗为主,若精度要求较高,宜采用结合下渗曲线公式的下渗曲线法;若精度要求一般,可采用指标法。     

雨强与地形(上缓下陡)对坡面入渗影响的初步研究

坡面泥石流及浅层滑坡的发生与雨水的渗透密切相关,而雨水的渗透由斜坡坡度、雨强、土体性质等因素控制。在室内模拟人工降雨条件下,进行雨强与地形对雨水入渗的试验研究。通过控制单一变量进行试验,利用坡面产流所需时间和孔压两项指标揭示出:产流历时与斜坡坡度、雨强呈反比;并且与雨强呈指数函数关系。竖直方向上孔压从上到下随着湿润锋的下移依次增大。水分在土体中运移的过程中部分细颗粒随之发生移动,使得土体局部结构和孔隙贯通性发生改变,引起孔压发生波动性变化。     

黄土坡面水蚀动力与侵蚀产沙临界关系试验研究

坡面水蚀动力与侵蚀产沙关系是水蚀预报的关键问题之一.本文通过光滑水槽试验和模拟冲刷试验,对坡面水流动力学特性(径流流速、剪切力以及能耗)及其与侵蚀产沙关系进行了系统研究.结果表明,坡面薄层水流呈滚波流特征,坡面流流速沿程变化呈波动趋势,随流量和坡度的增加而增大;坡面单宽径流剪切力、单宽径流能耗和坡面径流单宽输沙率随流量的增加而增加,随坡度呈抛物线趋势变化,说明坡面土壤侵蚀过程存在临界坡度,在本试验条件下,临界坡度位于21—24°之间.坡面单宽径流输沙率和单宽径流剪切力、单宽径流能耗之间均存在良好的线性关系.     

坡面径流与大孔隙流耦合作用下边坡水分场参数敏感性分析

为了揭示不同大孔隙参数取值条件下边坡水分场的变化规律,利用2个耦合的Richards方程描述大孔隙流,并联合运动波方程,建立坡面径流与大孔隙流耦合模型;基于有限元软件COMSOL的偏微分方程接口,实现所建立耦合模型的数值求解,并自行设计室内模型试验,验证数值结果,分析不同大孔隙参数对体积含水率和坡面积水深度的影响。结果表明：COMSOL软件的偏微分方程接口可以实现所建立耦合模型的数值求解,相比于无大孔隙坡面,考虑大孔隙时水分入渗深度明显更大;边坡饱和区深度与湿润锋深度均随大孔隙域占比的增大而增大,均随大孔隙域与基质域导水系数之比与经验参数的增大而减小;当降雨历时为30 min时,坡面积水深度区分度最大,表现在随着大孔隙域占比的增大而减小,均随大孔隙域与基质域导水系数之比和经验参数的增大而增大;3种大孔隙参数按照对边坡水分场影响程度由大到小的顺序为大孔隙域占比、经验参数、大孔隙域与基质域导水系数之比。     

不同加筋形式的沿海高速公路拓宽路堤现场试验与数值分析

为了了解沿海高速公路路堤拓宽过程中的受力变形规律,通过拓宽路堤现场试验与数值分析,分析了施工过程中两种不同加筋形式对新路堤深层侧向位移、地表累计沉降、格栅累计变形的影响并通过数值模拟进一步探讨了路堤拓宽过程中的受力变形规律。结果表明：随着填土高度的增加,K2130+590段和K2130+620段的深层侧向位移、地表累计沉降、格栅累计变形也随之增大,其中K2130+590段路堤顶部、底部的最大侧向位移与K2130+620段相比分别减小了31.83%、76.98%,且路中处最大沉降与K2130+620段相比减小了40.51%,而两个试验段格栅累计变形相差不大,基本保持一致;通过综合考虑K2130+590段与K2130+620段的深层侧向位移、地表累计沉降及格栅累计变形,建议采用格栅与格室的组合加筋形式。同时发现最大剪应变增量随着新路堤填土高度的增加而增大,新旧路堤最有可能沿台阶处发生滑移破坏,故为了拓宽路堤的稳定与安全,建议增强新旧路堤台阶处的连接强度,以此保证加筋新旧路堤结构的整体稳定性。     

降雨雨型和强度对土边坡稳定性影响分析

自然界绝大多数滑坡都是在降雨期间发生的.研究降雨诱发滑坡机制具有十分重要的意义.选取南京板桥河某堤段边坡,利用SLOPE/W和SEEP/W耦合进行土坡稳定性分析.通过建立不同降雨雨型和降雨强度影响下的土坡仿真模型, 并对暂态渗流场进行相应的数值计算,分析了不同降雨雨型和强度对土坡稳定性的影响.计算结果分析表明:(1)边坡安全系数随降雨雨型的变化而变化;(2)降雨持时相同,边坡安全系数随降雨强度增大而降低;(3)只有经过一定的降雨持时,安全系数才会明显变化.     

雨强和坡度对嵌套砾石工程边坡侵蚀特征的影响

为探究不同雨强和坡度对西南高山-亚高山地区急陡、高砾石含量工程边坡土壤侵蚀的影响.采用室内模拟降雨及人工配置土壤等方法,在5种雨强(25,40,45,65,85 mm/h), 5种坡度(35°,40°,45°,50°,60°)条件下进行模拟实验.研究结果表明:工程坡面产流率随着雨强的增加呈对数增加.不同雨强下坡面平均产流率变化过程随着坡度的变化差异性具有统计学意义.随着雨强的增加,同一坡面工程边坡侵蚀率明显增多.当雨强为40 mm/h时,工程坡面侵蚀率随坡度变化较小(<0.015 g/s);当雨强为65 mm/h时,同一坡面的侵蚀率随着坡度的增加而减少.工程坡面溅蚀率整体呈现出迅速增长至峰值后缓慢下降的趋势.同一边坡随着雨强的增加,坡面击溅侵蚀率在产流前和产流时都有明显的增加,不同粒径土壤增速具有明显差异,同一坡面随着坡度的增加,坡面泥沙溅蚀率存在临界值(40°～45°).降雨强度与土壤侵蚀相关性有统计学意义,不同雨强下坡度与径流过程和侵蚀过程的相关性具有明显差异性.结论:工程边坡中砾石具有增加下渗率和抗侵蚀作用,工程坡面土壤侵蚀率随降雨历时逐渐下降;坡度的增加在增大坡面流速的同...     

非饱和土边坡饱和区降雨强度-时间临界曲线

为研究降雨入渗边坡产生饱和区的临界条件,使用基于MVG模型的土体饱和度表征降雨强度的计算方程.当土表面饱和度首次达到0.9以上时,饱和度持续稳定在0.9±0.005为饱和区出现的临界判据,数值计算得出土柱和边坡的饱和区临界降雨强度与降雨时间.通过数据拟合构建了饱和区降雨强度-时间临界曲线模型,分析了不同坡度、有效降雨强度对临界曲线的影响.结果表明:饱和度表征降雨强度的计算方法可使土体表面饱和度达到预定值,平均精度为-0.008;有效降雨强度较大时,坡度为50°~60°的边坡,坡度越大产生饱和区的耗时越短,反之耗时越长;坡度30°~40°为易发浅层滑坡的“危险坡度”.     

降雨条件下的节理化露天矿高边坡稳定性分析

露天矿的开采形成了许多节理化的人工高边坡,这些边坡的岩土体结构破碎且复杂,因而在考虑边坡的整体稳定性时,地震力和地下水的作用不可忽略。为最大限度地减小开挖量及保证开采过程中的边坡整体稳定,结合青海省某大型露天镍钴矿开采后形成的节理化高陡边坡,在考虑地下水和地震力作用下,通过Geo Studio软件中的几大模块对研究区域整体边坡稳定性进行定量计算分析,并得到降雨条件下边坡稳定性及表面水平位移变化规律。之后通过对计算结果的分析得到研究区域内最佳开采坡角为44°,持续降雨状况下,坡中点的表面水平位移变化最大。最终得到开采坡角的角度对露天矿边坡整体稳定性影响巨大,且对该露天矿的开采提出了一些实用性建议。     

基于BP神经网络的坡面降雨产流预测

为预测坡面降雨产流,基于坡面降雨产流的非线性特性,引用3层BP(Back-Propagation)网络建模方法,对B市密云水库流域石匣小区水土保持监测小区的坡面降雨产流进行了研究。模型输入层变量数为5个,分别代表坡度、坡长、降雨强度、降雨历时、土壤的有效糙率,输出层变量数为坡面降雨产流量,利用野外小区实测数据,对上述网络进行了训练,学习100次后网络趋于收敛,训练样本集误差达到2.040 96×10-10,小于预设精度,预测样本的平均相对误差为1.67%。该模型的建立与实践,为坡面降雨产流预测的研究提供了新的方法。     

不同降雨条件下高边坡的稳定性分析

为了研究不同降雨强度下雨水入渗对加固前后边坡的稳定性。以山西省吕梁市离石区某矿区边坡为例,通过PLAXIS有限元软件对该边坡进行渗流与应力耦合计算,根据该地记录的降雨量,分析了不同降雨强度下边坡孔隙水压力的变化规律,边坡的破坏趋势,预应力锚杆内力变化以及边坡安全系数的变化。研究表明：降雨强度越大,边坡的负孔隙水压力消散的速度越快,雨水入渗速度越快,且在相同计算时间内入渗深度也越深;边坡发生的破坏形式在降雨阶段往往浅层滑动,降雨结束后,雨水继续下渗,边坡的潜在滑动面逐渐过渡为深层滑动;在相同降雨条件下,各级边坡锚杆内力增量都会大幅提升,且越靠近下级边坡的预应力锚杆内力增量越大;增加预应力锚杆加固边坡可有效提高边坡的稳定性且减小降雨对边坡稳定性的影响。     

降雨入渗对土质边坡稳定性的影响分析

降雨往往是诱发土质边坡失稳的主要因素之一,雨水渗入土体,引起作用在土体上的动水荷载和静水荷载增大和土体抗剪强度降低,导致边坡产生滑动破坏。探讨了边坡降雨入渗模式、饱和—非饱和土渗流模式及饱和—非饱和土强度理论对土质边坡稳定性的影响。     

渗流-应力耦合及降雨入渗作用下的边坡稳定性分析

为了探究地下水和降雨入渗对边坡稳定性的影响,在分析强度折减法原理和渗流-应力耦合机理的基础上,建立了渗流-应力耦合数学模型;运用有限元数值模拟软件ABAQUS,计算出无地下水、有地下水以及地下水和降雨入渗共同作用三种工况下的边坡安全系数,并探讨了不同粘聚力、内摩擦角、弹性模量、泊松比、渗透系数、水头高度、降雨时间和降雨强度对边坡稳定性的影响。计算结果表明:地下水和降雨入渗会对边坡稳定性产生较大不利影响;边坡安全系数随粘聚力和内摩擦角的增大而增大,随水头高度、降雨时间和降雨强度增大而减小;而弹性模量、泊松比、各向同性的渗透系数对边坡安全系数几乎没有影响。     

考虑降雨入渗的边坡稳定性数值分析

运用有限元软件ABAQUS模拟降雨条件下边坡渗流场和应力场耦合,并运用强度折减法,以监控点位移突变和边坡形成连续贯通的塑性变形为边坡失稳判据,采用数值方法计算出耦合后的安全系数,结合孔压演变分析,综合评价稳定性变化情况,从而研究降雨影响边坡稳定性的机理,并通过含黏土层边坡工程实例进行验证.分析发现:降雨强度越大,浅层土体形成饱和区的速度越快,极易发生浅层滑坡,而黏土层则会加速上述过程,危害边坡稳定性;在降雨24h内,安全系数降幅最大.该研究结果为降雨条件下边坡事故防治提供了参考和分析依据.