集中水流冲刷条件下土石混合崩积物坡面侵蚀机理研究

发布时间：2020-07-08 19:03

【摘要】：崩积体为崩岗的重要组成部分,砾石含量高,属于典型土石混合物,但目前关于崩岗土石混合崩积物侵蚀机理尚未清楚,成为崩岗崩积体侵蚀研究的又一关键问题。本研究以福建省安溪县的崩岗土石混合崩积物为研究对象,通过室内模拟冲刷试验,在不同砾石含量(0%、20%、40%、60%)、流量(2 L·min-1、4 L·min-1、8 L·min-1、16L·min-1)及坡度(10°、20°、30°、40°)三因素组合条件下,探究土石混合崩积物坡面细沟的产沙特征、侵蚀泥沙颗粒特性以及侵蚀的水动力学机理。研究结论如下：(1)各流量下30°坡面细沟产沙过程均呈“先增大后减小再趋于稳定”的趋势。产沙量随流量和坡度的增大均大体呈上升的趋势,而含沙量随流量的增大大体呈缓慢下降趋势,随坡度的增大大体呈上升趋势；在2 L·min-1和4 L·min-1条件下,产沙量及含沙量随着砾石含量的增大呈先减小后增大的趋势,存在临界砾石含量(20-40%之间)；在8 L·min-1和16 L·min-1条件下,产沙量及含沙量随着砾石含量的增大而增大。砾石含量、流量和坡度可以用来很好地预测土石混合崩积物的产沙率和含沙量。(2)各条件下侵蚀泥沙颗粒中粗砂粒和细粉粒的含量较高。在冲刷后期,侵蚀泥沙粒径分布与供试土壤趋于一致,即出现整体侵蚀。侵蚀泥沙颗粒粒径分布情况尤其是富集率大小可用来表征坡面土壤的侵蚀强弱。在全土下,试验坡面随冲刷时间延长呈整体侵蚀的规律,当砾石加入后,这种规律逐渐被打破,当含石量达60%时,侵蚀泥沙不再被整体搬运。各流量及坡度下泥沙颗粒的MWD均随着砾石含量的增大而增大,说明砾石的存在使侵蚀泥沙颗粒变粗。平均重量直径均随含石量、流量及坡度的改变而改变,各粒径范围的颗粒运移具有选择性。(3)各条件下随着冲刷历时的推延流速呈减小的趋势,雷诺数先增大再减小,弗罗德数先减小后趋于平缓,阻力系数波动性增大。大多情况下试验坡面细沟水流流态属紊流,流型属急流。各条件下随着冲刷历时的推延水流剪切力和水流功率均呈先增大后减小趋势,单位水流功率呈减小趋势。可利用砾石含量、流量及坡度来很好地预测各水动力学参数(流速、雷诺数、弗罗德数、阻力系数、水流剪切力、水流功率、单位水流功率)。雷诺数、阻力系数、水流剪切力及水流功率可作为土石混合崩积物侵蚀输沙的首选水动力学因素。随着砾石含量的增大,水流剪切力、水流功率及单位水流功率的可蚀性参数均呈上升趋势,临界水流剪切力和临界单位水流功率呈下降趋势,临界水流功率无明显规律。
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S157.1
【图文】：

图２－２试验冲刷±槽装置图逡逑．４试验过程逡逑冲刷试验于２０１５年５￣１２月在福建农林大学金山水王保持科教园人工室内模拟大厅前在钢槽内壁粘一层试验用±，Ｗ增加其粗糖度，使其填王后尽可能接近自然状态：

图３－１邋３０°下产巧率随冲刷历时的变化过程逡逑３N２含沙量变化过程逡逑各条件下坡面细沟含沙量随冲刷历时的变化过程如图３－２。由图可知，含沙量的变化过程逡逑与产沙率的变化过程相似，均呈现＂先增大后减小再趋于稳定＂的变化趋势。从图３－２还可看逡逑出，随着流量的增大四条含沙量曲线波动范围减小，达到峰值的时间缩短，即流量从２邋Ｌｍｉｎ’ｉ逡逑递增至１６邋Ｌ．ｍｉｎ－］四条曲线达到峰值的时间分别为９０－２４０邋Ｓ、９０－１２０邋Ｓ、６０－１２０邋Ｓ、６０ｓ，送主要逡逑是因为试验流量越大，重力势能越大，水流冲蚀能力也就越强，侵蚀过程提前进入输沙限制状逡逑况，因此含沙量达到峰值的时间也提前。此外，含沙量随冲刷历时的变化过程同产沙过程相似，逡逑在各流量下随着烁石含量的增大，含沙量变化过程的波动性呈X棿蟮那魇啤ｅ义希保靛义

本文编号：2746922