西南喀斯特地区不同岩面形态下岩面径流特征

[目的]研究自然降雨条件下不同岩面形态岩石的降雨产流特征,为深入了解喀斯特坡地降雨侵蚀规律提供科学依据。[方法]选取研究区内光滑、裂隙、溶穴和溶盘4种典型岩面形态的岩石为研究对象,采用野外径流小区原位观测的方法,对降雨后各种岩面形态下岩石产生的岩面径流进行监测。[结果](1) 4种岩面形态中,岩面径流系数表现为光滑(0.74)>溶盘(0.57)>溶穴(0.35)>裂隙(0.19),光滑岩面平均径流系数显著高于其他类型的岩面,径流系数分别为裂隙、溶盘和溶穴的3.89,2.11,1.30倍。(2)随着降雨等级的增大,不同岩面径流系数均呈增加趋势,在大雨及以上降雨事件下,4种岩面形态的径流系数存在显著差异。(3)降雨量是影响不同岩面径流深的主要降雨因子,导致岩面产流的降雨量临界值大小表现为裂隙(1.8 mm)>光滑(1.5 mm)>溶盘(1.1 mm)>溶穴(1.0 mm)。[结论]岩面形态和降雨量是影响岩面径流的主要因素;在裸岩广泛分布的喀斯特地区,岩面径流是坡面径流的重要组成,在水土流失防治中要考虑岩面径流的影响。

岩面形态对西南喀斯特坡地产流产沙的影响

[目的]探明出露岩石的岩面形态对喀斯特坡地产流产沙特征的影响,为进一步认识喀斯特坡地降雨侵蚀规律提供科学依据。[方法]采用人工模拟降雨的方法,以无裸岩为对照,研究了在3个坡度(5°,15°,25°)条件下,岩面无发育(光滑)、岩面溶穴发育(溶穴)和岩面溶沟发育(溶沟)3种岩面形态对岩石出露坡面产流产沙特征的影响。[结果](1)与无裸岩相比,3种岩面形态均能显著增加地表径流,减少地下径流,其中溶穴平均地表径流系数最高(26.2%),溶沟平均地下径流系数最低(18.4%)。(2)地表初始产流时间与地下初始产流时间均受到岩面形态影响而有所提前,溶穴地表初始产流时间与地下初始产流时间均早于其他岩面形态。(3)裸露岩石拦截降雨形成的岩面流冲刷地表,加剧了地表产沙,地表产沙量大小呈现为光滑>溶穴>溶沟>无裸岩。(4)坡度为5°时,3种岩面形态均提升了地表径流携沙能力,坡度为15°时,光滑与溶穴提升了地表径流携沙能力,溶沟减弱了地表径流携沙能力,但坡度为25°时3种岩面形态均减弱了地表径流携沙能力。[结论]岩面形态对喀斯特坡地产流产沙影响显著,未来应加强对野外自然条件下不同岩面形态产流产沙的观测研究。

多形态贯通型岩体结构面宏细观剪切力学行为研究

采用室内直剪试验和PFC^(2D)离散元程序,系统地研究了考虑一阶(二阶)起伏体影响的贯通型锯齿状(波浪状)岩体结构面宏细观剪切力学行为。研究表明:(1)相同法向压力下,结构面宏观损伤质量、峰值剪应力(位移)及应力降随一阶起伏角变大而分别增大、近似线性增大(减小)及先增大后减小;相同一阶起伏角下,其则随法向压力变大而分别增大、均近似线性增大及增大(锯齿状)或先增大后减小(波浪状)。(2)结构面宏细观损伤演化过程经历初始压密非线性变形(压密效应)、近似线弹性压剪变形(爬坡效应)、缓慢压剪断裂非线性变形(爬坡-啃断效应)、应力脆性跌落塑性变形(啃断效应)及理想塑性流动变形(滑移效应)5个发展阶段。(3)结构面宏细观剪切破坏模式可概化为压密-爬坡破坏、爬坡-啃断破坏及啃断-滑移破坏3种基本类型;结构面细观损伤裂纹数量(能量)演化曲线均呈初期微增、中期陡增及后期缓增的阶段性变化特征,且细观损伤颗粒近似呈"梯形面状"分布于结构面附近。(4)根据极限平衡法和强度折减法,通过岩质边坡算例稳定性分析验证了结构面剪切强度估算公式的合理性。