黄土沟坡重力侵蚀与产沙过程试验研究

发布时间：2020-10-15 01:07

　　 重力侵蚀不仅是一种自然灾害,也是土壤侵蚀的一种重要形式,其驱动的水沙运动是当前地表水土过程研究的重要议题。然而,由于重力侵蚀类型多、影响因素复杂、随机性大,难以有效实施定点观测,数据资料获取困难,因而该研究一直是土壤侵蚀研究的薄弱环节。针对黄土高原晋陕蒙接壤区重力侵蚀严重、且对流域侵蚀产沙有重要贡献的现实,本文采用模拟降雨现场试验、黄土抗剪强度室内测试和现场调查相结合的方法,研究重力侵蚀产沙过程及对径流泥沙粒径的影响,分析重力侵蚀的触发和演变规律。现场调查结果证实:降雨是崩滑灾害发生的主要诱发因素,在黄土高原的一些小流域中,重力侵蚀产沙可占整个小流域产沙量的50%以上。室内测试分析证实:干密度通过影响黏聚力和内摩擦角来影响抗剪强度,而含水量主要通过影响黏聚力来影响抗剪强度。本研究还通过自主改进设计的地貌仪与可移动降雨模拟试验室相结合,实现了未扰动原状沟坡重力侵蚀过程的实时动态观测,陕西神木县六道沟小流域沟坡重力侵蚀过程现场试验结果证实:(1)重力侵蚀灾害的群发性特征十分明显,其发生的频率和规模呈幂函数分布。坡度60°、70°和80°,坡高1m和1.5m,雨强0.8和2.0mm/min时次降雨量50 mm的参数组合的7组地形41场降雨共导致单次崩滑量大于300 cm3的重力侵蚀事件为499次,平均每场降雨导致12次崩滑事件,一场降雨中最高可发生43次。随着崩滑体规模的增大,重力侵蚀发生的概率呈幂函数关系减小。应用本试验获得的499次崩滑数据,得到重力侵蚀发生概率密度P和体积规模v之间的经验关系为:P=1256.4v-1.525。(2)重力侵蚀显著影响了径流含沙量,并对坡沟系统侵蚀产沙产生了重要贡献。上述7组地形的31次典型崩滑事件分析发现,重力侵蚀发生时径流含沙量平均值是重力侵蚀发生前的3倍;与水力侵蚀相比,重力侵蚀影响下的出口输沙率平均增大了 250%,这意味着在小流域地区的减沙方面,防治重力侵蚀的发生比其他措施更有效。(3)重力侵蚀产沙过程对下游沟道径流泥沙粒径产生显著影响。上述7组地形中选取有切沟出现的坡度60°、70°和80°,坡高1.5m的3组地形发现,重力侵蚀发生后,泥沙中值粒径从0.084 mm减少到0.051 mm,不均匀性从5.6增加到26.8,分形维数由2.60增大到2.78,这意味着边坡破坏使径流泥沙的粒径更细、分布更加不均匀和不规则。本文研究结果对揭示黄土高原晋陕蒙接壤区的重力侵蚀机理,阐明该地区的土壤侵蚀规律具有一定的参考价值。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S157.1;TV14
【部分图文】：

力侵蚀的破坏过程和分布规律。第六章研究重力侵蚀的产沙规律以及对径流泥沙粒径的??影响规律。??本文技术路线如图１．４所示，各章节逻辑关系为：第二章的重力侵蚀观测方法为第??五和六章重力侵蚀的分布规律、产沙规律以及对径流泥沙粒径影响规律研宄提供了研宄??手段。第三章野外调查和第四章力学分析为第二章的重力侵蚀模型概化提供依据。第三??章野外调查结果也为第五和六章的重力侵蚀现场试验结果提供了验证。??■?ｉ?—ｊ—??圖Ｈ?■漢拽：似Ｍｉ獅姐芯？＿撕讀殿驅纖挪ｄ?ｊ?ｉ??ＲＨ?ｉ：?＊??？？］？?．．＇Ｉ??国?Ｈ?醜■?ｇｊｓｌａｆｃ?＾１５１?ｉ＿＿遍；：??ＥＩＭｍ?：：??＞化展示宏观规律ｉ?备?ｊ相关性分析验证）??１１１?ｉｉｉｆｌＳｆｉｉｌ＾ｌｌ?ｉＴｉｉｉｒｃｌ?１?■??ｊ?ｐ?紙料３?ｊ：??Ｕｌ＾ＳＳＩ?１１１１；??＼?Ｈ麗雾ＨＨ?ＭＭＳＩＩＨ??ｉｌ＾Ｂ：?Ｈａｌ?１（＾９：?＇Ｅｓａｎｉ??■■零■■騰■零?＞?－輙，零?丨■?￥■＞！■■■，■？?ｆ’春■？■■鑄靡？？＊■■＊■■■■？？■■？■■＿■■？？？■■■■攀■■？＊＊?孀《■■■？?ａｔｐ／＊???Ｊｒ??图１．４技术路线

２．２．３可移动降雨模拟试验室??可移动降雨模拟试验室长８ｍ、宽５ｍ，屋脊距缓坡面高约３ｍ，距陡坡面底部高约??４．５ｍ，如图２．３所示。首先在坡顶位置预埋用于固定帐篷柱的柱墩。其次在沟道位置预??埋用于固定加长柱的柱墩，并将加长柱和柱墩通过螺栓连接。然后在平地上预先把帐篷??支架搭建，并固定到上述帐篷柱柱墩和加长柱上。试验室的外墙上有多个窗户，用于通??风和阻挡室外强烈的阳光。??－１９－??

水量变化（１３．３、１６．０、１８．０、２０．０、２２．０、２４．０和２６．０％及饱和含水量）对黄土抗剪强度??的影响。本文测得饱和含水量为３１．８％。在不同的垂直压力（５０、１００、２００和３００ｋＰａ）??下，采用南京土壤仪器厂生产的ＺＪ型直剪仪进行快剪试验（图２．５），剪切时间３？４?ｍｉｎ。??所用环刀内径为６１．８ｍｍ，高度为２０ｍｍ。按照《土工试验规程》［１２７］选取剪应力与剪切??位移关系曲线上的峰值点或稳定值作为抗剪强度，如无明显峰值点则取剪切位移等于４??ｍｍ对应的剪应力作为抗剪强度。??：漏??图２．５黄土抗剪强度试验照片??Ｆｉｇ．?２．５?Ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ?ｐｈｏｔｏｓ?ｏｆ?ｌｏｅｓｓ?ｓｈｅａｒ?ｓｔｒｅｎｇｔｈ??采用基于变量增长率的敏感性分析方法来评价抗剪强度对干密度和含水量变化的??敏感性［１２８］：??－２６－??
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本文编号：2841458