干湿循环作用下红土抗剪强度与微结构关系研究

针对云南红土型水库因水位升降引起库岸土体干湿循环的客观实际,研究干湿循环作用下库岸红土抗剪强度与其微结构的变化规律,揭示二者之间的内在联系,为研究红土型库岸失稳提供依据。通过红土试样的干湿循环试验,模拟水库蓄水和库水位反复升降引起的库岸红土干湿循环作用。结果表明:(1)在一定初始干密度条件下,红土的黏聚力、内摩擦角和抗剪强度均随干湿循环次数的增加而非线性减小,但在干湿循环次数约10次时趋于稳定。(2)干湿循环作用导致红土微结构发生变化。当初始干密度分别为1.2,1.3,1.4 g/cm^3、干湿循环次数达10次时,试样红土颗粒数量降幅依次为45.4%,38.2%,35.7%;孔隙率增幅依次为52.6%,45.9%,40.4%;孔隙面积增幅依次为64.4%,58.2%,50.8%。(3)在干湿循环作用下,红土黏聚力与红土颗粒的定向度和平均圆形度呈正相关关系,相关系数R分别为0.985和0.923。内摩擦角与孔隙率和孔隙面积呈反相关关系,相关系数R分别为-0.936和-0.912。干湿循环作用导致红土微结构的改变,从而引起红土宏观力学性质的变化。

干湿循环作用下云南红土特性与库岸边坡稳定性关系研究

研究干湿循环作用下云南红土特性变化对库岸边坡稳定性的影响,对深入认识不同岩土体库岸边坡失稳机理有重要意义。通过红土试样的干湿循环试验,结合土工试验、数值计算及理论分析进行研究。结果表明:1)在一定初始干密度条件下,干湿循环作用使红土的粘粒含量呈先增大后减小,然后趋于稳定的变化趋势,而粉粒含量的变化趋势则与之相反。随着干湿循环次数的增加,干密度呈先增加后趋于稳定的变化趋势。2)在一定初始干密度条件下,红土的粘聚力、内摩擦角、抗剪强度及红土型库岸的稳定安全系数均随干湿循环次数的增加而非线性减小,但在干湿循环次数约10次时趋于稳定。红土抗剪强度、粘聚力和内摩擦角对红土型库岸边坡稳定有显著影响。以上结论可为防范和治理云南红土型库岸边坡失稳提供参考。

人工降雨条件下云南红土坡面土壤侵蚀特性

[目的]揭示降雨强度、坡度和坡长与云南红土坡面土壤侵蚀之间的关系,为云南红土地区土壤侵蚀的防治提供依据。[方法]采用室内人工模拟降雨试验及理论分析相结合的方法。[结果](1)红土坡面侵蚀模数与降雨强度、坡度和坡长的相关关系显著(R2>0.95)。(2)在相同坡度、坡长条件下,红土坡面侵蚀模数与降雨强度呈幂函数关系;(3)在相同降雨强度、坡长条件下,红土坡面侵蚀模数与坡度呈二次多项式关系;(4)在相同降雨强度、坡度条件下,红土坡面侵蚀模数与坡长呈二次多项式关系。[结论]云南红土坡面侵蚀模数随降雨强度的增大而增大;当坡度小于临界坡度21.4°时,坡面侵蚀模数随坡度的增大而增大,当坡度大于临界坡度21.4°时,坡面侵蚀模数随坡度的增大而减小;坡面侵蚀模数随坡长的增大而增大。

库岸边坡倾角及水位变化对红土型库岸稳定性影响研究

水库库岸失稳对水库安全运行有重大影响。采用土工试验和干湿循环试验,结合数值计算及理论分析,研究红土型库岸边坡倾角和库水位升降与库岸稳定性的关系。结果表明:(1)在一定初始干密度条件下,红土抗剪强度随水位升降循环次数增加而非线性减小,且在水位升降循环约10次时趋于稳定。(2)在一定水位升降速率、升降幅度和升降循环次数条件下,红土型库岸稳定安全系数随库岸边坡倾角的增加总体上呈减小的趋势,且在边坡倾角为50°左右存在稳定安全系数极小值。(3)在一定水位升降循环次数条件下,水位上升到坡高的60%左右为上升阶段的相对危险区域,且水位上升速率对库岸稳定安全系数影响很小;水位下降至坡高的70%左右为库水位下降阶段的相对危险区域,且水位下降速率越大,库岸稳定安全系数越小。(4)针对一定初始干密度,库岸稳定安全系数先随水位升降循环次数的增加而减小,但在水位升降循环次数约10次后逐渐趋于稳定。库岸岩土体性质及库岸边坡倾角、水位变化都会对库岸稳定产生影响。

降雨作用下坡面红土起动条件研究

揭示降雨作用下坡面红土起动的影响因素,建立降雨作用下坡面红土起动条件,为深入研究云南红土坡面侵蚀提供参考。根据红土特性,结合降雨作用下坡面红土的侵蚀过程和现象,采用模型试验及力学模型相结合的研究方法。结果表明:(1)降雨作用下坡面红土侵蚀主要呈现溅蚀和结皮2种现象。(2)红土黏聚力对坡面红土颗粒起动有阻碍作用,且抗剪强度越大,坡面红土颗粒起动的临界切应力也越大。降雨及孔隙水压力对坡面红土颗粒起动有促进作用,且雨滴密度与雨滴终速越大,降雨的影响也越大;红土颗粒粒径越大、雨滴直径与水深之比越小,降雨的影响也越小。(3)建立了坡面红土颗粒在联结和松散状态下起动的临界切应力计算公式。降雨作用下坡面红土颗粒起动的临界切应力与红土颗粒粒径大小、抗剪强度以及降雨雨滴特性、坡面径流特性密切相关。松散状态的坡面红土颗粒在降雨作用下只需很小的径流切应力即可起动。

降雨作用下红土型坡面径流特性与土壤侵蚀的关系研究

针对云南红土型坡面和一定的雨强、坡度,运用人工模拟降雨水槽模型试验、土工试验及相关理论分析相结合的研究方法,揭示降雨作用下云南红土型坡面径流的水动力学特性及红土干密度、坡面侵蚀模数与坡面径流剪切力之间的关系。结果表明:(1)坡面径流平均流速随坡面径流历时呈先逐渐增大后趋于稳定的变化趋势,且坡面径流的平均流速随红土干密度的增大而显著增加。坡面径流平均流速与单宽流量呈幂函数关系(R^2=0.996)。(2)坡面径流平均水深随径流历时也呈先上升而后趋于稳定的变化过程,且干密度越大,平均径流水深也越大,平均径流水深与单宽流量也呈幂函数关系(R^2=0.996)。(3)在试验条件下,坡面径流流态属层流急流流态。(4)在试验条件和干密度一定的条件下,坡面侵蚀模数随径流剪切力的增大而增大,二者之间呈线性关系,当干密度为1.0,1.1,1.2,1.3,1.4 g/cm^3时,R^2最小为0.816,最大为0.945;坡面红土的临界剪切力分别为0.482,0.510,0.556,0.586,0.656 Pa。坡面径流特性受多种因素的联合作用,坡面侵蚀模数及红土临界剪切力与坡面径流特性和土壤自身特性密切相关。

降雨作用下云南省红土抗剪强度与坡面侵蚀模数的关系

[目的]揭示降雨作用下云南省红土的含水率、干密度、抗剪强度、坡面侵蚀模数之间的关系,为进一步研究云南省红土的侵蚀机理提供理论依据。[方法]运用人工模拟降雨及土槽模型试验、土工试验及相关理论分析相结合的研究方法。[结果](1)研究区红土黏聚力随含水率的变化呈二次曲线关系,且在最优含水率附近存在极大值。红土内摩擦角随含水率的变化接近于线性关系,且随含水率的增大而减小。当干密度为1.0,1.1,1.2,1.3,1.4g/cm3时,黏聚力与含水率的相关系数R2最小为0.754,最大为0.934;内摩擦角与含水率的相关系数R2最小为0.944,最大为0.996。(2)红土黏聚力和内摩擦角随干密度的变化接近于线性关系;当含水率一定时,二者随干密度增大呈增加的趋势。(3)在试验含水率条件下,红土抗剪强度随含水率的增加而减小,当含水率超过最优含水率后减小的幅度尤为明显;抗剪强度随干密度的增加而增大。(4)降雨结束后,不同干密度的红土坡面侵蚀模数与红土抗剪强度呈二次曲线关系,相关系数R2达0.988。[结论]坡面红土雨后抗剪强度与坡面侵蚀模数之间存在较好的相关关系,可用坡面红土的雨后抗剪强度估算坡面侵蚀量。

干湿循环作用下加砂对红土抗剪强度及微结构特性的影响

本文通过直剪试验、干湿循环试验和数理统计分析相结合的方法,研究干湿循环条件下,加砂比例变化对云南红土抗剪强度及微结构特性的影响,为云南红土在实际工程中的应用提供参考。结果表明:(1)当干湿循环次数一定时,随加砂比例的增大,红土内摩擦角非线性增加,黏聚力非线性减小;抗剪强度呈减小-增大-减小的波动变化趋势,且在加砂比例约10%左右存在极大值。(2)当加砂比例分别为0、5%、10%和15%时,随干湿循环次数的增加,红土内摩擦角降幅依次为22.8%、30.9%、19.9%、32.6%;黏聚力降幅依次为26.6%、29.2%、17.3%、37.7%;抗剪强度降幅依次为:23.6%、25.6%、18.7%、28.2%。红土颗粒数量降幅依次为35.7%、28.1%、22.7%、20%;孔隙率增幅依次为40.4%、36.5%、28.9%、23.6%;孔隙面积增幅依次为50.8%、42.9%、35.5%、30.7%。(3)干湿循环与加砂会改变红土微结构,其中定向度与定向分维数两个微结构参数与红土黏聚力的变化关系较为紧密;平均圆形度、孔隙面积、孔隙率等微结构参数对内摩擦角的影响较为显著。这些微结构参数与红土黏聚力和内摩擦角均为负相关,相关系数最高为-0.972,最低为-0.928。干湿循环、加砂比例对红土微结构及抗剪强度有显著影响。

降雨条件下云南红土理化特性对坡面侵蚀的影响研究

针对不同初始状态的云南红土,在一定雨强、坡度、坡长条件下,研究红土理化特性对坡面侵蚀的影响。采用人工模拟降雨方法进行试验研究,运用Excel分析试验数据。结果表明:(1)红土颗粒组成中黏粒含量对降雨作用下的红土坡面侵蚀影响显著,当黏粒含量增加8.1%时,其侵蚀模数则减小25.8g/(m^2·h);(2)红土初始含水率偏离最优含水率越远,红土侵蚀模数越大。当红土初始含水率从接近最优含水率的24.6%增加到36.5%时,侵蚀模数从110.4g/(m^2·h)增加到121.3g/(m^2·h);(3)在初始干密度为1.0,1.1,1.2,1.3,1.4g/cm^3条件下,红土侵蚀模数呈先增大后减小的二次曲线变化趋势(R^2=0.927)。初始干密度在1.1~1.2g/cm^3之间,红土侵蚀模数存在极大值[126g/(m^2·h)];(4)降雨作用使坡面红土铁铝氧化物含量减少,接近坡脚处Fe_2O_3含量从初始状态的8.591%减小到8.143%,Al_2O_3含量从初始状态的22.242%减小到20.967%;而坡内红土铁铝氧化物含量则随深度增加,坡体中段坡内的Fe_2O_3含量增加0.407%,Al_2O_3含量增加0.861%。降雨作用改变了红土理化特性,而红土理化特性的变化会对红土坡面侵蚀产生显著影响。

干湿循环下云南加砂红土物理力学特性研究

针对不同加砂比例的云南红土,在相应最优含水率及最大干密度的初始条件下,采用土工试验与相关理论研究相结合的方法,运用Excel分析试验数据,揭示干湿循环作用与加砂红土物理力学特性变化之间的关系。结果表明:在干湿循环过程中,不同加砂比例的红土比重均呈先上升后下降的趋势,干密度均呈上升趋势,抗剪强度及抗剪强度参数均呈下降趋势,并最终都在循环10次左右趋于稳定。在干湿循环次数一定条件下,加砂比例越大的红土,其黏粒降幅越小,粉粒和砂粒增幅也越小,裂隙数量越少,土样越密实。抗剪强度及抗剪强度参数降幅最大的是加砂比例为15%的红土,降幅最小的是加砂比例为10%的红土。