极端降雨条件下黄土区梯田边坡稳定性模拟试验研究

发布时间：2020-11-03 07:36

　　 坡改梯是黄土高原地区最重要的治理水土流失措施之一,是保障黄土高原地区农业生产以及粮食安全的必然选择。但由于极端降雨频繁发生,尤其是2013年7月延安地区发生了1000年一遇特大暴雨,造成梯田大面积垮塌,针对这一现象,本文以黄土区梯田为研究对象,分析了2013年7月延河流域降雨特征,研究了梯田损毁情况及原因,并结合室内试验和Geostudio数值模拟分析了梯田边坡在降雨作用下垮塌失稳的过程。研究结果有助于探讨降雨对梯田边坡垮塌的影响机理,为黄土区梯田抵御极端降雨措施提供科学理论依据。主要结果如下:(1)梯田设计及耕作利用方式影响梯田安全稳定性。通过对2013年7月暴雨损毁梯田调查,燕沟流域梯田损毁率达69.87%,梯田垮塌严重。不同田面宽度、田埂高度、土地利用方式抵御暴雨能力不同,高度大于10cm的田埂比小于10cm的田埂御灾害性暴雨能力更强;梯田田面宽度5~10m的宽梯田比田面宽度0~5m的窄梯田抵御灾害性暴雨能力更强;梯田不同耕作利用方式抵御灾害性暴雨能力依次为:玉米杂粮果树。(2)室内人工降雨试验表明,在降雨强度150mm/h,降雨量为750mm条件下,梯田边坡垮塌类型为浅层垮塌,梯田边坡在整个降雨过程中依次出现了面状侵蚀、田面积水、积水漫过田埂形成跌坎、跌坎贯通形成侵蚀沟、整体垮塌五个阶段。随着降雨持续,梯田边坡入渗率从78.9%降为25%、含水率升从7.86%增加到36.3%、孔隙水压力从0Kpa增大为3.6Kpa、土壤吸力从14.6Kpa降为7.4Kpa;降雨结束后,坡中、坡脚、坡顶位移依次减小,分别为15.5cm、6cm、3.2cm。(3)通过数值模拟发现,梯田内部土体的孔隙水压力、有效应力、位移均与降雨强度和降雨历时呈正相关关系。比较三种降雨强度(30mm/d、90mm/d和150mm/d)可知,降雨时间相同时,雨强越大,梯田边坡内部土体孔隙水压力、有效应力和位移增加就越快,影响深度0~3m,且只有降雨历时较长的情况下,变化才明显。(4)坡地与坡改梯最小安全系数随降雨持时变化趋势相同,均随降雨历时的增大而减小,坡地表现出更好的稳定性。在雨强分别为30mm/d、90mm/d和150mm/d条件下,坡地抵御降雨的时间分别为20d、11d和9d,坡改梯抵御降雨的时间分别为17d、9d和5d,原因是坡改梯增大了入渗面积、单级梯田边坡坡度。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S157.31
【部分图文】：

技术路线

第二章 宝塔区燕沟流域梯田损毁调研及原因分析 第二章 宝塔区燕沟流域梯田损毁调研及原因分析查区概括 地理位置及地形地貌燕沟流域（图 2-1）位于陕西省延安市宝塔区南 3km 处，地理坐′09″~36°33′07″N，109°27′54″~109°34′14″E，属延河流域二级支流，流域总面2。燕沟流域属黄土丘陵沟壑区第Ⅱ副区。主沟道全长为 8.6km，呈东南—沟道比降为2.41‰，沟壑密度为4.8 km/ km2；海拔为984~1417 m，最大高差4内梁峁密布，地形破碎，河谷深切，坡陡沟深。

图 2-4 1951~2015 多年月平均和 2013 年月降水量分布Fig 2-4 Monthly average precipitation from 1951 to 2015 and month precipitation of 2013通过统计延安市气象局 2013 年最大 30 min、1 h、2h、3 h、4h、 6 h、12h 和 强度分别为 0.45mm/min、0.38 mm/min、00.34mm/min、0.0.33 mm/min、0.24 mm/mmm/min、0.15mm/min、0.10mm/min 和 0.06mm/min，根据图 2-5 得到该区 2013 30 min 雨强为 5 年一遇暴雨，最大 1 h 雨强达到 5 年一遇暴雨，最大 2h 降0 年一遇，最大 3 h、4h 和 6h 降雨为 20 年一遇暴雨，最大 24h 为 15 年一遇。明短时间内暴雨雨强不大，但降雨持续时间长、累积降雨量大。01002003001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12雨量降/月份
【参考文献】

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本文编号：2868287