含植被坡面水动力学特性的实验研究

基于水槽试验,系统的研究了在5种流量、3种植被组合和3种覆盖密度情况下的坡面流的水力参数、水力因子间的关系和阻力规律。结果表明,坡面流一般为湍流,植被的存在增强了坡面流的湍流强度。平均流速与单宽流量幂函数相关,且拟合结果良好。柔性植被对流速的减缓作用大于刚性植被。柔性植被坡面和刚性植被坡面的阻力系数均随雷诺数的增加呈幂函数递减。

2001-2019年黄河源高寒草地物候对气候变化的响应

黄河源高寒草地对气候变化敏感,但该区域高寒草地物候对气候暖湿化趋势的响应特征仍不清楚。本研究基于 MCD12Q2 物候数据集,采用 Mann-Kendall 显著性检验、Pearson 相关分析和 t 检验等方法,探究了 2001-2019 年黄河源区高寒草地返青期(SGS)、枯黄期(EGS)和生长季长度(LGS)时空变化特征及其对气候变化的响应。结果表明:2001-2019 年黄河源高寒草地 SGS、EGS 和 LGS 多年均值分别为 140.9 DOY,286.5 DOY 和 145.6 d。SGS和 LGS 分别呈显著提前(-0.47 d/yr, p<0.05)和显著延长趋势(+0.64 d/yr, p<0.05),EGS 呈不显著延迟趋势(+0.12 d/yr, p>0.05)。4-5 月气候暖湿化特别是气温升高是草地返青期提前和生长季长度延长的主要原因。本研究可为高寒草地生态系统植被保护提供理论依据。

用于填筑路堤加固的竹筋格栅力学性能

为了研究慈竹土工格栅在四川巴中-南充高速公路填筑路堤加固应用中的可行性,通过新鲜慈竹的顺纹抗拉和弯曲试验统计分析了慈竹土工格栅的力学性能,将其与传统土工格栅的力学性能相比表明:慈竹土工格栅能满足规范对传统土工格栅的要求,可用于填筑路堤加固。根据力学性能试验结果,选取龄期2 a以上的慈竹作为该公路路堤的辅助加筋材料。通过室内直剪试验对慈竹加筋土的界面特性进行研究,确定了竹青和竹黄朝向间隔布置的竹片格栅相对较优,对应的界面摩擦系数能达到0.32:拉拔试验获得竹片与土的界面似摩擦系数能达到0.35。提供的慈竹土工格栅的编织工艺以及加筋填筑路堤的施工工艺能更好地为工程服务。

四川道路边坡自然恢复的植被多样性研究

采用样线法对四川地区路域边坡自然恢复后的植被进行调查,研究道路边坡对植物多样性影响。调查区域内分布植物66科159属190种。其中灌木81种,草本109种;选用了丰富度Margalef指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson指数、Pielou均匀度指数等α多样性指数及Codyβ多样性指数来研究边坡的坡度、坡向、海拔、恢复时间与植物群落多样性关系。结果表明:45°～60°坡度、阴坡、500～700m海拔及>10a以上的恢复年限的边坡,群落的多样性较高,对边坡植被恢复有利;而在>60°坡度、阳坡、>700m的海拔高度和<10a的恢复年限内的多样性较低;在不同坡度和海拔的环境梯度上,Codyβ指数与α多样性分析结果一致。在生态恢复中,群落多样性低的边坡,适当增加物种丰富度、密度及有利的人为干扰,有助于提高群落多样性。

四川盆地路域边坡植被的数量分类与排序

对四川盆地内14条道路的路域边坡植被进行调查,其中包括铁路、高速公路和普通公路3种类型。用TWINSPAN方法对其进行数量分类,并用CCA排序对路龄、海拔、坡度、坡向、土壤厚度和基岩风化程度等影响植被组成和结构的环境因子进行评估。结果表明:四川盆地路域边坡植被分为8个群丛,各群丛在排序图中的位置能反映其在特定环境条件下的适应性;蒙氏置换检验表明物种与环境因子整体效果间存在极显著的相关性,排序结果较优;定量型环境因子中,路龄对植被组成和结构的解释占17.45%,海拔占14.62%,风化程度占14.53%,坡度占13.11%,坡向占11.78%,土壤厚度占11.60%,前四者受随机因素的影响较小,显著性水平达到极显著(P<0.01),坡向的显著性水平为显著(P<0.05),而土壤厚度解释能力受随机影响较大,显著性水平为不显著。

四川盆地岩石边坡适应性植物选择

根据四川盆地的自然气候条件及岩石边坡立地条件,以抗逆性(抗旱性、抗病虫害等)、品质特性(出苗率、覆盖度等)、功能效益(涵固土性、景观效果等)为筛选准则,运用层次分析法,综合评价并选择出适合于四川盆地岩石边坡立地条件生长的适应性植物。结果表明:在参试的24种植物中,银合欢、紫穗槐、黄荆、多花木蓝、截叶胡枝子等9种适应于四川盆地岩石边坡立地条件的恢复植物,它们具有抗逆性强、护坡效果好、造价相对低廉等特点,可应用于植被恢复实践。

四川道路边坡自然恢复的植被调查

为研究道路边坡生态恢复与乡土植物筛选及应用,采用样线法对四川地区路域边坡自然恢复后的植被进行了调查。结果显示,调查区域内植物共有65科156属185种,其中木本39科67属74种,草本42科89属111种;不同道路的群落多样性差异主要受地理因素和恢复年限影响。在全面调查的基础上,综合边坡适应条件筛选出适宜的12种优势乡土物种,为四川地区及西南地区公路或铁路边坡植被恢复提供参考。

忠玉水电站拱肩槽高边坡稳定性分析

在风化、卸荷等因素的影响下,高陡边坡稳定性是水电工程重点关注的问题。为评价忠玉水电站拱肩槽高边坡稳定性,确保工程建设安全进行,根据现场调查坝址区工程地质条件,采用块体理论和数值模拟分析天然、暴雨和地震工况下拱肩槽边坡的稳定性。结果表明:天然工况下左岸破坏区深度小于10 m,右岸破坏区较少,整体较稳定;暴雨工况下破坏区深度最深达20 m,左岸高高程卸荷层存在少量拉张破坏区,左岸高高程浅表局部有失稳可能;地震工况下破坏区深度最深达30 m,两岸边坡稳定性欠佳,建议在施工期间注意开挖爆破导致的小型崩塌落石等,做好主动防护措施。

河床深厚覆盖层砂土液化判定对比研究

砂土液化会导致地基失稳和上覆建筑物结构受损,是地震区常见的工程地质灾害之一,因此,对拟建场地的液化判别是勘察设计中的重要课题。通过采用粒径法、标准贯入试验法、动三轴试验法及剪切波速法,分别对河床覆盖层中的全新统湖积层进行砂土液化判别。结果表明:各方法对湖积上层的判别结果存在差异,粒径法显示其黏粒含量达50%,且动三轴试验所得破坏强度比计算得土层抗液化剪应力小10 kPa以上,判定为不会发生液化,但土层的标贯基准击数比临界标贯击数小,剪切波速也比上限剪切波速小,判定其存在液化可能;对于湖积下层粉细砂层,各方法判别结果一致,均认为其存在砂土液化问题;综合对比分析4种不同方法的液化判别结果,最终评定为湖积上层淤泥质黏土层不会发生液化,但下层粉细砂层抗液化能力较弱,存在砂土液化问题。研究成果对解决工程区砂土液化问题具有重要实用价值。

基于区域生长算法巴谢河流域典型滑坡自动识别

黄土高原在夏季集中降雨条件下易发生大量滑坡,对当地居民生命财产造成巨大损失,快速提取滑坡信息对灾害应急有至关重要的作用。传统的人工解译可以有效识别滑坡,但是其效率极低。以黄土高原巴谢河流域为研究区,利用Google Earth软件提取研究区图片,通过研究区已解译滑坡体后缘灰度值范围作为种子点自动选取条件,利用区域生长算法和形态学操作实现对研究区未解译典型滑坡的识别和滑坡后缘边界提取。发现本方法能够自动识别研究区典型滑坡,当灰度生长阈值为10时,识别滑坡后缘范围精度达到78.94%。结果表明:本文方法能够应用于黄土高原巴谢河流域典型滑坡识别,为滑坡灾害评估、救援和重建提供方向。

电站拦河闸坝的水力计算和稳定计算复核

水电站的安全运行是实现我国社会主义市场经济稳定发展的保障,为确保电站的安全运行,需要对其拦河闸坝的水力计算和稳定计算进行复核。从偏安全角度考虑,本次仍沿用初设阶段计算的成果进行水力计算复核。经复核,闸坝的坝顶高程高于考虑安全加高新标准的设计和校核洪水位对应的坝顶高程,满足要求。闸坝稳定计算分别采用纯摩公式和材料力学公式计算闸坝的抗滑稳定及基底应力,经计算,闸坝的抗滑稳定安全系数和地基承载力均满足规范要求,电站拦河闸坝结构安全。

含贯通裂缝的软弱夹层受水力冲刷破坏的水深研究

为研究水流对含贯通裂缝软弱夹层的冲刷效应,对含贯通裂缝的软弱夹层建立了无限延伸的径流-渗流耦合水力冲刷模型。该模型用Navier-Stokes方程描述裂缝通道中的裂缝水流,用Brinkman-extended Darcy方程描述软弱夹层中岩土体渗流,然后根据不同介质交界面处流速相等及剪应力连续的边界条件来推求各个介质中的流速分布。根据土颗粒起动破坏时的流速与土颗粒受力的数学关系,推导出裂缝底部土颗粒起动时的临界起动速度;考虑底部土颗粒受水流冲刷时的摩阻效应,结合径流-渗流耦合水力冲刷模型,得出裂缝通道底部的土颗粒受水流冲刷破坏时的临界水深。分析表明,临界水深随着颗粒的重度和颗粒间的黏聚力的增大而增大,随着裂缝通道的坡度、岩土体的孔隙率和渗透率的增大而减小。

岷江上游近59年径流变化及归因识别

为高效利用岷江上游流域的水资源,基于1960~2018年流域水文气象资料,采用多种统计学理论分析径流的趋势、周期和突变点,应用基于Budyko理论的弹性系数法(Choudhury-Yang公式)和累积量斜率变化率比较法(SCRCQ法)对径流变化进行归因分析。结果表明,径流以12.5mm/10a的速率呈显著减少趋势,并在1993年发生突变。径流变化存在3、8、12、18年的主周期,其年内分配不均,主要集中于夏秋两季,占比73.6%。降雨对径流变化最为敏感,下垫面参数次之,潜在蒸散发最不敏感。Choudhury-Yang公式和SCRCQ法计算出气候变化对径流减少的贡献率分别达到58.13%、63.29%,表明气候变化是研究区径流减少的主要因素,而人类活动对径流减少的贡献亦不容低估,贡献率分别达到41.87%、36.71%。

岷江上游流域植被返青期对气候暖干化的响应特征

植被的物候变化反映了生态系统对气候变化的动态响应,是研究陆地生态系统变化的重要指标。其中返青期作为最重要的物候指标之一,其变化趋势对生态系统的水碳过程会产生重要影响。多项研究标明,返青期的变化方向和幅度取决于所在区域的气候条件。岷江上游是西南山区典型流域,植被具有明显的垂直分异特征,且其气候具有明显的暖干化趋势。采用MCD12Q2物候产品,结合气象、高程数据,运用趋势检验和相关性分析等方法研究2001-2016年岷江上游草地、混交林和落叶阔叶林返青期的时空分布特征及其对气候暖干化的响应。结果表明:2001-2016年岷江上游草地、混交林和落叶阔叶林的返青期差异较大,其均值分别为第124.5±12.5 d、105.0±14.5 d和113.2±10.5 d。3种植被类型的返青期具有明显垂直分异性,返青期都随海拔升高而推迟,且在高海拔段(>3 500 m)推迟幅度更大。在春季气候暖干化影响下,草地和落叶阔叶林的返青期均呈显著提前趋势(p <0.05),混交林呈不显著提前趋势(p> 0.05)。3种植被返青期变化趋势在垂直分布上存在3500 m海拔分界线,分界线以上返青期提前速率更高,趋势更显著。岷江上游春季4月最低气温升高是植被返青期提前主要原因。该研究结果可服务于岷江上游生态系统生态过程的进一步研究。

前置掺气坎阶梯溢洪道近壁掺气特性

为更清楚地认识前置掺气坎阶梯溢洪道近壁面沿程掺气规律,对其掺气特性进行了研究,得到了在不同坡度、单宽流量、台阶体型条件下阶梯竖直面和水平面近壁处掺气浓度沿程分布规律,并与不设前置掺气坎但设置过渡阶梯溢洪道的掺气规律进行了对比分析。研究表明:前置掺气坎式阶梯溢洪道中阶梯水平面与竖直面掺气浓度沿程的分布规律相似,受前置掺气坎的帮助,掺气浓度很高,沿程逐渐减小,达到一定距离后趋于稳定;掺气浓度随单宽流量的增大而减小,随坡度的减缓而减小;前置掺气坎克服了过渡阶梯存在前几级的底部清水区的缺陷,能够用于更大单宽流量。

13种护坡植物萌发特性研究

在实验室人工基质条件下观测13种护坡植物的萌发特性.结果表明：13种护坡植物种子萌发率变化范围为89.7％～ 22.3％,其中萌发率80％以上的1种,60％ ～ 80％的3种,40％ ～ 60％的6种,20％～ 40％的3种,没有萌发率低于20％的;1～3d开始萌发的有白刺花、白灰毛豆、多花木蓝、紫穗槐、刺槐、银合欢、二色胡枝子、柠条、中国沙棘共9种,4～7d的有车桑子、黄荆、荆条、沙地柏共4种;萌发持续时间最短的为柠条9d,最长的为二色胡枝子28 d,多数植物超过20d.达到50％萌发率时间为1～7 d的植物有8种,8～14d的5种;达到90％萌发率时间为1～10d的植物有3种,11 ～20d的7种,超过20 d的3种.通过主成分分析（PCA）和聚类分析,13种护坡植物可划分为4种萌发类型：爆发型,包括银合欢、柠条;过渡型,包括白刺花、多花木蓝、紫穗槐、刺槐、二色胡枝子;缓萌型,包括白灰毛豆、黄荆、荆条、中国沙棘;低萌型,包括车桑子、沙地柏.这些植物种子的萌发特性决定了它们在护坡绿化过程中植被演替的角色与地位.

黏性泥石流冲起爬高计算

泥石流冲起爬高是泥石流防治工程设计中的一个重要参数。黏性泥石流是一种特殊的固、液两相流体,固、液两相间的相互作用很弱,流体整体性表现为粘塑性流体。在运动过程中,由于黏粒含量高,液相浆体表现出非常大的宏观黏性,而浆体的屈服应力和固相颗粒间的摩擦作用使得泥石流体表现出了很强的塑性特性。本文以黏性泥石流作为研究对象,考虑泥石流龙头的运动平衡方程,建立了一个简单的黏性泥石流运动爬高的物理模型。结合运动平衡方程的解和障碍物的几何特性,推导了黏性泥石流的冲起爬高的计算公式。参数敏感性分析表明,泥石流的冲起爬高随着障碍物迎面坡度和泥石流流速的增加而增加,随着障碍物坡面的摩擦系数和泥石流密度的增加为减小,而泥石流的泥深、液相浆体的屈服应力及动力粘性对泥石流的爬高影响较小。进一步的分析表明,黏性泥石流冲起爬高的计算公H_p=aV^2/2g主中的动能修正系数a与泥石流的密度及障碍物的迎面坡度和摩擦系数有关,可表示为a=sinθ/[sinθ+C_s(ρ_s-ρ_f)/ρ cosθ tanφ]。利用水槽实验和云南蒋家沟野外采集的泥石流动力学参数和爬高数据,验证了本文提出的黏性泥石流冲起爬高的计算公式的可靠性。

不同围压下煤岩强度及变形特征研究

利用MTS815对煤岩展开单轴和8、16、25 MPa三轴压缩试验,探讨不同围压下煤岩的强度及变形特征。研究结果表明:煤岩应力-应变曲线经历线弹性、屈服、破坏3个阶段,延性特征随围压升高愈发明显;随着围压的升高,煤岩峰值应变增大,弹性模量呈二次函数增长趋势;煤岩在单轴压缩下多发生脆性破坏,随着围压升高,煤岩出现明显的主导破坏面,并且破碎体中大体积煤块所占比重增大;平均块度、分形维数与围压存在一定的相关性;不同围压下,煤岩强度变形特征满足Coulomb强度准则,残余强度及达到峰值应力的时间与围压呈线性关系,峰值强度对围压的敏感性高于残余强度,残余内摩擦角及粘聚力均小于峰值强度对应的值,在引入强度衰减系数后,发现其变化特征与煤岩变形破坏过程表现的性质吻合,煤岩对围压的敏感性较强。

多空隙组合地质单元渗流理论分析与试验

岩体通常是以孔隙岩石为基质并包含各种成因的裂隙和溶隙的复杂多空隙组合地质材料。为研究孔隙-裂隙-溶隙多空隙组合介质的渗流特性,在简要介绍多孔介质渗流Darcy定律、平板窄缝流Poiseuille定律和圆形管道流Darcy-Weibach理论的基础上,分析了几种孔隙-裂隙-溶隙组合情况的多空隙介质渗流特性,推导出相应组合的等效渗透系数KE,给出了描述多空隙组合介质KE的一般表达式,讨论了影响各种空隙组合KE的主要因素。以普通砖模拟岩石基质,通过砖身钻孔填充及砖间缝隙填充,试验模拟了岩溶岩体和裂隙岩体中溶孔和裂隙填充后的渗透情况。试验结果与所推求理论公式计算出的KE在同一量级且误差很小,很好地验证了所推导的多空隙组合介质渗透系数表达式的有效性。

改进补偿模糊神经网络在坡面产沙模拟预报中的应用

土壤侵蚀产沙是一个极其复杂的物理过程,其物理机理十分复杂,往往难以用数学方式来描述。根据土壤侵蚀过程内在特点,采用一种改进的补偿模糊神经网络(CFNN)方法,对坡面侵蚀产沙过程进行了预测研究。利用四川某水土保持实验站观测数据,通过MATLAB语言编制程序进行了仿真试验,全局误差为0.0517,预测值与实测值吻合良好,误差小于10%。结果表明,该方法预报精度较好,为坡面产沙模拟模型的建立提供了重要的参考方法。