降雨条件下砒砂岩风化物坡面水力侵蚀特性试验研究

发布时间：2020-07-14 11:46

【摘要】：长期以来,专家将砒砂岩地区的土壤侵蚀称为“地球生态癌症”,鄂尔多斯丘陵地区的砒砂岩侵蚀问题尤为突出,当地暴雨集中强度大,造成该区域侵蚀类型以水蚀和水蚀伴随的重力侵蚀为主。降雨和径流是鄂尔多斯砒砂岩地区侵蚀产沙的主要驱动力,深入研究降雨造成的坡面流水动力学特性与砒砂岩侵蚀的关系是研究鄂尔多斯砒砂岩水力侵蚀机理的基础。论文采用室内人工降雨模拟,首先开展不同雨强、不同坡度下的降雨侵蚀试验,建立了砒砂岩风化物饱和坡面的侵蚀量与雨强、坡度及水动力学参数的关系。其次进行了不同雨强、不同密度下降雨侵蚀试验,并采用直剪仪直接测定砒砂岩风化物的粘聚力和内摩擦角等力学指标,揭示了不同密度坡面入渗产流以及侵蚀特点的成因。研究结果表明:1、对于砒砂岩风化物饱和坡面,薄层水流的流速在雨强介于0～80mm/h时变化不明显,但在雨强大于85mm/h左右后流速增长迅速;雷诺数和水流功率随雨强的增大而增大;水流剪切力呈现先增加后小幅降低的趋势,在雨强90mm/h时达到峰值;降雨侵蚀量均随坡度和雨强的增大呈指数关系增大。2、灰色关联分析各水动力学参数与侵蚀量的关联度值在0.685～0.733之间,其中水流功率的关联度最高;以水动力学参数为变量,利用赤池信息量准则编程建立了砒砂岩风化物饱和坡面降雨侵蚀量预测模型;综合灰色关联分析和赤池信息量准则都表明水流功率是影响鄂尔多斯红色砒砂岩侵蚀产沙的重要参数。3、各坡度在试验条件下的起动流速均随雨强的增加而增大,表明雨滴对坡面的击实作用更明显。通过受力分析,建立了饱和砒砂岩风化物坡面起动流速公式,经验证公式的计算值和实测值较为一致。4、通过不同密度坡面侵蚀的分析得出,对于密度为1.5g/cm3、1.6g/cm3、1.7g/cm3的坡面,降雨侵蚀量分别对入渗速率、累积入渗深度、产流量的敏感率最高,综合敏感度分析和直剪试验都表明水流冲刷是密度为1.7g/cm3的坡面的侵蚀主因。
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU41
【图文】：

图１砒砂岩分布区概况逡逑Ｆｉｇ．邋１邋Ｐｉｓｈａ邋ｓａｎｄｓｔｏｎｅ邋ａｒｅａ邋ｏｖｅｒｖｉｅｗ逡逑

图３技术路线图逡逑Ｆｉｇ．３邋Ｒｅｌａｔｉｏｎ邋Ｒｏａｄｍａｐ逡逑

图４粒径分布图逡逑Ｆｉｇ．４邋Ｐａｒｔｉｃｌｅ邋ｓｉｚｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ逡逑

【参考文献】

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本文编号：2754928