降雨作用下红土型库岸坡面的侵蚀机理研究

发布时间：2017-10-14 18:39

  本文关键词：降雨作用下红土型库岸坡面的侵蚀机理研究

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【摘要】：本文以云南红土型库岸坡面为研究对象,采用室内人工模拟降雨试验方法,通过设置不同降雨强度、坡度、坡长以及坡面红土不同初始含水率、干密度、颗粒组成等条件,研究了降雨特性、地形特征、红土物理力学特性、坡面水动力学特性对坡面侵蚀特性的影响,明确了降雨作用下红土型库岸坡面的侵蚀过程、现象、特征；运用土力学、水力学理论进行分析,研究了降雨作用下坡面红土颗粒的起动条件,在综合试验研究和理论研究的基础上,揭示了降雨作用下红土型库岸坡面的侵蚀机理,为云南红土型库岸侵蚀的预测和防治提供依据。侵蚀现象观测、径流泥沙监测：产流前,坡面含水率急剧升高,坡面局部先积水,坡面有溅蚀现象；产流后,坡面收集到的径流颜色有“浅-深-浅”规律,坡面有结皮现象；坡面产流率先迅速增大,然后逐渐趋于稳定状态,且稳定产流率随降雨强度、干密度的增大而增大；坡面入渗率先迅速减小,然后逐渐趋于稳定状态,稳定入渗率随干密度增大而减小,随降雨强度增加有先增大后减小趋势；坡面侵蚀量随降雨时间呈先急剧增大后逐渐衰减的趋势。降雨特性、地形特征对坡面侵蚀有显著影响。在试验范围内,坡面侵蚀模数随着降雨强度增大呈幂函数增大；坡面侵蚀模数随坡长的增加呈二次多项式增大；坡面侵蚀模数随坡度的增大呈先增加后减小的趋势,且存在临界坡度值。红土物理力学特性对坡面侵蚀的影响在于：坡面红土的初始含水率越高、红土中粘粒和铁铝氧化物越少,则坡面侵蚀模数越大,初始干密度与侵蚀模数的关系较为复杂,有先增大后减小的趋势；红土的含水率、干密度对抗剪强度及其指标有重要影响,降雨作用下坡面红土的抗剪强度与侵蚀模数存在相关性。水动力学特性对坡面侵蚀的影响体现：红土坡面的径流剪切力与侵蚀模数线性相关；坡面径流剪切力、坡面临界剪切力都随着坡面干密度的增大而增大。坡面红土颗粒起动条件理论研究表明：坡面颗粒的起动临界剪切力与土壤侵蚀状态的抗剪强度具有线性关系；坡面固结颗粒、松散颗粒的临界剪切力可用黏聚力、摩擦力、上举力等力综合表达。降雨作用导致了坡面红土的微结构特性变化,其微结构图像轮廓线由表面粗糙变成平滑,特征参数表现出孔隙比减小,土颗粒个数、分维数和定向度增大的趋势。降雨作用下红土型库岸坡面的侵蚀机理,实际上是雨滴对坡面颗粒的消散、打击作用,雨水对坡面颗粒的软化、润滑作用,细颗粒的迁移作用,矿物质电离水解作用,径流对坡面颗粒的剥离作用等方面共同作用的结果。
【关键词】：红土型库岸坡面 降雨特性 地形特征 物理力学特性 侵蚀机理
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV223
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 引言11
• 1.2 降雨作用下土壤侵蚀的研究现状11-18
• 1.2.1 土壤侵蚀的影响因素研究11-16
• 1.2.2 降雨作用下土壤侵蚀的研究方法16-18
• 1.2.3 降雨作用下云南红土侵蚀的研究现状18
• 1.3 降雨作用下土壤侵蚀研究存在的问题18
• 1.4 研究课题的提出及研究的主要内容18-20
• 1.4.1 研究课题的提出18-19
• 1.4.2 研究的主要内容19-20
• 1.5 技术路线及工作进度20-21
• 1.5.1 技术路线20
• 1.5.2 工作进度20-21
• 1.6 本章小结21-23
• 第二章 降雨作用下红土型库岸坡面侵蚀模型试验研究23-47
• 2.1 引言23
• 2.2 试验装置研究23-25
• 2.2.1 降雨系统组成23-24
• 2.2.2 模型土槽设计24-25
• 2.3 降雨特性率定25-30
• 2.3.1 降雨强度25-26
• 2.3.2 降雨均匀度26-27
• 2.3.3 降雨雨滴直径27-29
• 2.3.4 降雨雨滴终速29
• 2.3.5 降雨雨滴作用力29-30
• 2.4 红土型库岸坡面侵蚀模型试验30-36
• 2.4.1 试验红土的基本特性31
• 2.4.2 红土型库岸坡面侵蚀模型试验内容31-32
• 2.4.3 模型试验观测、测量设备32-33
• 2.4.4 红土型库岸坡面侵蚀模型的制作33-36
• 2.4.5 红土型库岸坡面侵蚀模型试验开展36
• 2.5 红土型库岸坡面的侵蚀过程及现象研究36-45
• 2.5.1 红土坡面产流过程研究36-42
• 2.5.2 红土坡面入渗过程研究42-44
• 2.5.3 降雨作用下坡面侵蚀现象研究44-45
• 2.6 本章小结45-47
• 第三章 降雨特性及地形特征对坡面侵蚀的影响研究47-61
• 3.1 引言47
• 3.2 降雨特性及地形特征对坡面侵蚀影响的试验方案47-48
• 3.3 降雨特性对红土坡面侵蚀的影响研究48-52
• 3.3.1 降雨强度对红土坡面侵蚀模数的影响48-50
• 3.3.2 雨滴作用对红土坡面侵蚀模数的影响50-52
• 3.4 地形特征对红土坡面侵蚀的影响研究52-57
• 3.4.1 坡长对库岸坡面侵蚀模数的影响52-54
• 3.4.2 坡度对库岸坡面侵蚀模数的影响54-57
• 3.5 降雨作用下库岸红土坡面侵蚀经验模型57-59
• 3.6 本章小结59-61
• 第四章 红土物理力学特性对坡面侵蚀的影响研究61-89
• 4.1 引言61
• 4.2 降雨作用下红土物理特性对坡面侵蚀的影响61-77
• 4.2.1 降雨作用下坡面红土的理化特性研究61-71
• 4.2.2 降雨作用下红土物理特性对坡面侵蚀影响的试验方案71-72
• 4.2.3 干密度对坡面侵蚀模数的影响72-74
• 4.2.4 含水率对坡面侵蚀模数的影响74-75
• 4.2.5 颗粒组成对坡面侵蚀模数的影响75-77
• 4.3 降雨作用下红土抗剪强度对坡面侵蚀的影响77-88
• 4.3.1 降雨作用下坡面红土的抗剪强度特性研究77-84
• 4.3.2 降雨作用下红土的抗剪强度对坡面侵蚀模数的影响84-88
• 4.4 本章小结88-89
• 第五章 降雨作用下坡面侵蚀力学机制及侵蚀机理研究89-113
• 5.1 引言89
• 5.2 降雨作用下坡面径流水动力学特性与坡面临界剪切力研究89-97
• 5.2.1 降雨作用下坡面径流水动力学特性的理论基础和试验研究89-92
• 5.2.2 降雨作用下坡面径流水动力学特征92-94
• 5.2.3 降雨作用下坡面径流剪切力与坡面侵蚀模数的关系94-96
• 5.2.4 降雨作用下坡面径流剪切力与坡面临界剪切力96-97
• 5.3 降雨作用下坡面红土颗粒临界起动条件研究97-103
• 5.4 降雨作用下坡面红土的微结构特性研究103-107
• 5.4.1 微结构特性试验研究103-104
• 5.4.2 降雨作用下坡面红土微结构的图像特性104-106
• 5.4.3 降雨作用下坡面红土微结构的参数特性106-107
• 5.5 降雨作用下坡面侵蚀机理分析107-112
• 5.5.1 降雨对坡面的作用107-109
• 5.5.2. 径流对坡面的作用109-110
• 5.5.3 降雨作用下坡面侵蚀机理110-112
• 5.6 本章小结112-113
• 第六章 结论113-117
• 6.1 主要结论113-114
• 6.2 存在问题114-117
• 致谢117-119
• 参考文献119-127
• 附录127

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