无黏性粗粒土临界水力坡降的分析研究

土体的渗透稳定性是决定水工建筑物安全性的重要因素,临界水力坡降是表征土体渗透稳定性的关键参数,准确的临界水力坡降模型建立是计算中的难点。以无黏性粗粒土为例,对不同土样开展渗透变形试验,分析细料含量、干密度、孔隙比3个因素对临界水力坡降的影响,建立粗粒土的临界水力坡降与细料含量、干密度、孔隙比的临界水力坡降数学模型。

燕北山区板栗林地抗蚀抗冲性能及其临界坡长

以新开垦(新)板栗林地作对比,对开垦多年的(老)板栗林地水平阶和坡面进行抗蚀抗冲性研究。结果表明:新老板栗林土壤物理性质差异显著,老板栗林土壤稳渗率和有机质含量均低于新板栗林;随着经营年限的增加,老板栗林土壤抗蚀和抗冲能力下降明显,主要与林下无植被覆盖,土壤中无根系固结有关;坡度为28度时,新老板栗林地的临界坡长分别为8.8 m和3.3 m,老板栗林极易发生水土流失;考虑到工程措施造价高昂,结合新板栗林的经营方式,对老板栗林进行间伐,种植一些农作物或者灌木当作绿肥,以改良板栗林土壤性质,提升抗蚀抗冲能力。

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0.12~7.78 mm。

砂砾土各级颗粒的管涌临界坡降研究

基于渗透力概念在管涌问题研究中的具体应用,按照渗透力与土颗粒浮重间的极限平衡推导出能计算管涌土的砂砾土料各级大小土颗粒的管涌临界坡降公式,并经过国内外大量管涌试验资料的验证是合理可信的。

三峡库区紫色土坡耕地细沟发生的临界坡长

采用人工暴雨试验发现:相同土壤含水量条件下,10,°15,°20,°25°紫色土小区在130 mm/h雨强降雨下细沟发生的临界坡长平均值分别为6.13,4.12,2.72,1.55 m,细沟发生的临界坡长与坡度呈二次抛物线关系;土壤含水量变幅为16%～26%条件下细沟发生临界坡长先增长后变短。据此总结了采用地埂防治坡耕地细沟侵蚀的治理模式,针对不同坡度地块细沟发生的临界坡长,采用地埂或者分割地块,并在地埂上种植经济效益高的植物篱,既控制了细沟的发生,又弥补了地埂占地导致的农业减产;同时在旱季和雨季分别调整边沟的尺寸,调整地块土壤含水量从而控制细沟因含水量变化导致的细沟发生临界坡长缩短。

川中紫色丘陵坡耕地细沟发生临界坡长及其控制探讨

细沟侵蚀是坡面土壤侵蚀的主要形式之一,是介于片状侵蚀与沟道侵蚀之间的一种侵蚀类型,细沟一旦发生,坡面侵蚀量将成倍增加。由于细沟侵蚀的发生需要一定的坡长来汇集径流,对于某一坡度的地块,一次暴雨中细沟总是表现在一定的坡长处发生,这一坡长称为细沟发生的临界坡长。在细沟发生的临界坡长处采取措施控制细沟的发生将大大降低坡耕地水土流失量。通过人工降雨试验发现:细沟发生过程分为片蚀为主阶段、跌坎发育阶段、细沟侵蚀为主阶段和雨后径流侵蚀阶段,紫色土坡耕地细沟的发生以坡面跌坎的贯穿为标志;10°、15°、20°、25°坡耕地细沟发生的平均临界坡长分别为6.25,4.19,2.77,1.60 m;细沟发生临界坡长与坡度呈二次抛物线关系。在人工降雨试验基础上,总结了以控制细沟发生为核心的"大横坡+小顺坡"耕作模式,通过构建横坡截流沟分割地块,实施有效的拦截径流,减少坡面侵蚀泥沙。

陡坡耕地施加PAM侵蚀产沙规律及临界坡长的试验研究

PAM(聚丙烯酰胺 )作为一种土壤结构改良剂施用于地表 ,能显著的减小径流和土壤侵蚀量。本研究设计了一系列人工降雨模拟试验 ,定量研究了坡度、坡长、PAM覆盖度、雨强对陡坡耕地土壤侵蚀产沙的影响。试验采用三种雨强 :5 0mmh- 1 、10 0mmh- 1 、15 0mmh- 1 ,四种坡度 :5°、10°、2 0°、2 5° (8 74%、17 63 %、3 6 4%、46 63 % ) ,四种当量坡长 :8m、16m、2 4m、40m ,五种地表处理 :对照、麦草覆盖、三种PAM覆盖度A、B、C(A <B <C)。通过侵蚀产沙试验结果 ,鉴别了不同坡度、PAM覆盖度、雨强条件下陡坡耕地无土壤侵蚀的临界坡长。结果表明 ,PAM能显著地减少土壤侵蚀产沙量 。

黄土丘陵沟壑区坡面侵蚀产沙地形因子的临界条件

用能量的观点来解释坡度、坡长、降雨对坡面侵蚀产沙的影响。通过分析安塞水土保持研究站、晋西离石县王家沟小流域的小区资料,研究坡度、坡长、降雨对坡面侵蚀产沙的影响。结果表明:降雨特性(雨量、雨强)对坡面侵蚀产沙的作用最大,坡度次之,坡长最小;坡面侵蚀产沙的临界坡度分别受降雨、坡长大小的影响,临界坡长分别受降雨、坡度、坡长大小的影响;临界坡度、临界坡长都不是一个确定的值,但在一定范围内变化,变化范围由降雨、坡面地形等因素决定。研究成果可为黄土丘陵沟壑区坡面治理提供理论依据。

重载车爬坡下的公路临界坡长确定

山区公路纵坡坡度和坡长组合设置存在不合理,导致重载车辆爬坡速度下降过快,而诱发长大纵坡路段交通事故。在分析车辆爬坡过程中的受力情况及运行特征的基础上,以某重载汽车为例使用仿真软件建立动力学模型。在约束最大爬坡性能的前提下,对满载时重载车辆爬坡特性及车速衰减规律进行仿真。在车辆功率重量比一定的前提下,设计不同坡度下的重载车爬坡及不同入坡车速的重载车爬坡2种工况,研究车辆爬坡过程中速度衰减规律及入坡车速和纵坡坡度对爬坡稳定车速的影响。车速衰减曲线表明,入坡车速对爬坡稳定车速没有影响,但其与稳定坡长成正比。对于爬坡性能差的重载车辆,当入坡车速为80km/h时,临界坡长小于400m;当入坡车速为60km/h时,临界坡长小于300m,均低于《公路工程技术标准》的相关规定。因此,爬坡过程中当车速衰减超过20km/h时,需设置爬坡车道。最后,结合仿真中合理坡度和坡长的组合,提出具体的爬坡车道设置方法。

砂性土细颗粒起动临界水力坡降计算方法

地下水渗流作用下内部不稳定砂性土将发生潜蚀现象,潜蚀作用引起的土体渗透破坏会对土工建筑物或地基造成不良影响。考虑土体有效应力和细颗粒应力折减,建立渗流场中细颗粒受力模型,根据极限受力平衡状态得到潜蚀过程中砂性土细颗粒起动临界水力坡降计算公式,并通过DEM-CFD耦合方法以及现有试验数据进行验证。结果表明:砂性土中细颗粒以滚动方式起动,起动临界水力坡降受渗流水流、土体特性以及颗粒自身特性共同影响;砂性土表层细颗粒起动临界水力坡降受埋深影响较大,埋深1 cm的细颗粒最高、最低起动临界水力坡降相差10.169%,埋深10 cm时差异减少至1.061%。该计算方法与数值模拟和渗流试验结果的最大标准误差分别为6.038%、11.211%,可以较为准确地预测砂性土细颗粒起动临界水力坡降。

发动机制动失效的坡长临界值计算

为有效降低连续长下坡路段汽车交通事故率,增强车辆行驶的主动安全性,研究了在发动机制动下汽车下坡制动失效的坡长问题,通过在汽车试验场进行汽车平路制动试验,测得汽车紧急制动时制动鼓温升变化数据,以最小二乘法建立了汽车主制动器制动鼓温升模型,推导了在山区不同长纵坡路段,发动机制动下汽车主制动器制动失效的坡长临界值。计算结果表明在5%坡道上,维持40 km.h-1的安全稳定车速,采取Ⅲ档发动机制动时,汽车主制动器制动失效的坡长临界值前轮为15 263 m,后轮为12 368 m,既满足了行驶的距离要求,又满足了运行速度要求,是一种可行的安全下长坡驾驶方式。

现代黄河水下三角洲粉土的临界水力坡降探讨

通过室内试验 ,测定不同密实度粉土的临界水力坡降。由试验结果可以看出 ,粉土的临界水力坡降与一般砂性土有着较大差异 ,一般砂性土临界水力坡降icr=(ρ- ρw)/ρw ,变化范围在0.8～1.5之间 ,而现代黄河水下三角洲粉土的临界水力坡降为9.5～16.5。同时对土体进行受力分析 ,考虑颗粒间的凝聚力 ,对以上结果产生的机理进行分析 。

砂砾石土的管涌临界渗透坡降预测方法

内部结构不稳定的砂砾石土在渗流作用下可能发生细颗粒移动流失现象,从而降低砂砾石土地基的承载力。确定坝基砂砾石土的管涌临界渗透坡降,是砂砾石地基上堤坝设计和防渗安全分析的重要内容。基于砂砾石土在渗流作用下单个颗粒或颗粒群的力平衡理论,推导了砂砾石土发生管涌的临界坡降的预测公式。基于文献中64组垂直向上的砂砾石土管涌试验,采用Kenney-Lau稳定性判别方法结合Kezdi粒径比法分析了土体的内部稳定性,表明该方法是利用颗粒级配曲线判别砂砾石土内部稳定性的有效方法。通过对41组发生管涌的砂砾石土的临界渗透坡降的预测与试验结果比较,表明渗流作用下砂砾石土内部颗粒所受到的渗透力与颗粒表面积成正比的假定合理。提出的基于颗粒群启动模式假定的公式计算值,比文献中其他方法更接近于试验结果。

渗流作用下颗粒土起动临界坡降研究

地下水渗流过程中内部不稳定的颗粒土将发生潜蚀现象,潜蚀作用引起的土体细颗粒迁移流失将对土工建筑物或地基造成不良影响。为了得到渗流作用下颗粒土细颗粒的起动临界坡降,从细观角度出发,分析细颗粒的受力情况,建立渗流作用下的土颗粒受力模型,根据力矩平衡得到细颗粒起动对应的临界坡降,分析埋深、粒径、暴露角等参数对起动临界坡降的影响规律。得到以下结论:(1)埋深较小时起动临界坡降受粒径影响较大,粒径0.1 mm和0.4mm的细颗粒,埋深1 cm时起动临界坡降相差19.4%,埋深5 cm时相差1.3%;(2)起动临界坡降受暴露角影响,暴露角对起动临界坡降的影响随埋深增加而减小,粒径0.1 mm的细颗粒,埋深1 cm时最大和最小起动临界坡降相差5.3%,埋深2 m时相差0.03%。

发生细沟侵蚀的临界坡长与坡度

坡度是影响细沟侵蚀的主要因素之一。研究发生细沟侵蚀临界坡长与坡度的关系。对于预报细沟侵蚀的发生发展和有效地进行防治,具有重要意义。本文利用暴雨调查资料,对发生细沟侵蚀的临界坡长与坡度的关系进行探讨。

黏性土地基流土破坏的临界水力坡降研究

针对现行临界水力坡降计算公式不适用于求解黏性土临界水力坡降的情况,假定黏性土地基发生渗透破坏模式为圆柱形或倒圆台形,在太沙基临界水力坡降计算公式的基础上,分别推导了两种破坏模式下考虑土体抗剪强度影响的临界水力坡降解析式。此外,采用自制的渗透破坏仪研究了砂壤土、黄土在不同工况下发生渗透破坏时的临界水力坡降,结果表明:临界水力坡降随土层厚度、破坏半径的增大而减小,且试验结果与其相对应的公式计算结果最大误差不超过16%。

临界底坡的水面曲线分析

对临界底坡上的水面曲线型式作了详细的分析论证 ,得出与传统的《水力学》

顺层岩质边坡临界坡长求解研究

顺层岩质边坡失稳是边坡破坏的主要形式,用力学方法研究其失稳机理是常用手段之一.针对目前该领域研究热点集中在其临界坡长求解方法方面问题,本文利用材料力学方法通过挠曲线近似微分方程求解获得梁的挠曲线方程,进而采用最小能量原理求解和试算法,结合求解顺层岩质边坡的临界坡长.该方法简单适用,对研究顺层岩质边坡失稳机理具有重要意义.

排气制动下汽车制动失效的坡长临界值计算

针对连续长下坡汽车主制动器失效的现象,研究了在排气制动下汽车下坡制动失效的坡长临界值问题。根据汽车主制动器制动毂温升模型,推导出在山区不同长纵坡路段,排气制动下汽车主制动器制动失效的坡长临界值,提出了在5%、6%坡道上.采取Ⅳ档排气制动时,维持40 km/h的安全稳定车速,主制动器制动失效的坡长临界值分别为3 072m和1929 m,为长下坡路段交通安全设施的设计提供了理论依据。

渗透力作用下粘性土临界水力坡降变化规律研究

对单向渗透力引起的渗透固结机理进行了分析,通过采用不同干重度在不同固结度下的渗透破坏试验,得到了临界水力坡降随固结度、干重度二者变化的关系式,该结论对水库蓄水位及渠道水位的确定提供了参考依据。