黄河上游沙漠小流域粗沙岸坡重力侵蚀特性的数值模拟

发布时间：2020-12-12 13:56

　　黄河上游“十大孔兑”流域沙漠粗沙岸坡在暴雨洪水侵蚀作用下发生重力滑塌,以高含沙洪水形式入汇干流,是宁蒙河段粗泥沙的重要来源之一,由此产生的泥沙灾害问题严重影响黄河上游生态系统稳定与黄河健康。本文选取“十大孔兑”最西端毛不拉孔兑之典型支沟“苏达尔沟”沙漠小流域为研究区域,以野外观测、室内试验及数值模拟为主要研究手段,探索沙漠粗沙岸坡重力侵蚀滑塌过程与型态的力学机制,并与黄土岸坡滑塌特性进行对比分析,取得主要研究结果如下:(1)通过野外调研与采样分析,遴选粘聚力、内摩擦角及地下水位等三因素为影响岸坡滑塌的主要因素,进行数值模拟敏感性分析,结果表明:黄河上游“十大孔兑”地表物质组成由粗沙向黄土过渡过程中,随着土体粘聚力、内摩擦角的增大,岸坡稳定性逐渐增强,随着地下水位的上升,岸坡稳定性却逐渐减弱。岸坡稳定性对粘聚力的变化最敏感,其次是内摩擦角、地下水位。(2)基于Abaqus数值模拟软件,以粘聚力主要参数,开展岸坡滑塌过程的数值模拟,结果表明:粘聚力主要通过控制岸坡土体出现塑性变形时间、完全失稳时间来影响岸坡的稳定性。粘聚力越大,岸坡土体出现塑性变形及完全失稳所需时间越久,岸坡土体的稳定性也... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

黄河上游宁蒙河段“十大孔兑”沙漠粗沙沙丘岸坡及滑塌现象

黄河上游沙漠小流域粗沙岸坡重力侵蚀特性的数值模拟2达尔沟”来研究在重力侵蚀作用下粗沙岸坡的滑塌过程和型态，从源头上减少宁蒙河段粗泥沙的塌岸入黄量。其侵蚀产沙机制研究可为黄河上游宁蒙河段沙漠流域水土流失综合治理及高含沙洪水灾害防控提供科学依据。a)风沙入黄b)高含沙洪水入黄c)塌岸入黄图1.1黄河上游宁蒙河段泥沙主要来源注：图a、c来源于科考“腾格里沙漠”“中卫市枣林湾整治工程加5#护岸”，图b来源于“十大孔兑”高含沙洪水。a)“十大孔兑”沙漠粗沙流域沙丘岸坡b)“十大孔兑”沙漠粗沙流域岸坡滑塌现象图1.2黄河上游宁蒙河段“十大孔兑”沙漠粗沙沙丘岸坡及滑塌现象1.3国内外研究现状河岸岸坡侵蚀是水力作用和重力作用下的一种河岸变形和破坏，是造成河流水土流失的重要因素。从国外西非Niger河和美国Ohio河到国内的黄河、长江，岸坡侵蚀现象在河流中普遍存在。国外对河岸岸坡侵蚀研究起步较早，始于19世纪中后期，但由于科学技术水平的限制，当时仅根据历史资料来推测河岸变化情况[6]。20世纪50年代，研究者开始用野外实测数据对河岸岸坡侵蚀进行研究，主要从其发展的原因和复杂性进行研究[7]，20世纪70年代，相关学者开始关注河岸岸坡侵蚀与流域泥沙的动态关系[8]，但多数为定性讨论。20世纪80年代研究将岸坡侵蚀主要归因于水流作用和外界条件造成的土体风化及土体抗剪强度弱化，

黄河上游沙漠小流域粗沙岸坡重力侵蚀特性的数值模拟6性对三因素的敏感程度，并探讨最敏感因素对岸坡重力侵蚀特性的影响机理，进一步研究粗沙岸坡的重力侵蚀特性。具体研究内容如下：（1）基于强度折减理论，通过加拿大岩土工程有限元模拟软件GEO5，对黄河上游宁蒙河段“十大孔兑”粗沙向黄土过渡过程中，岸坡稳定性对粘聚力、内摩擦角、地下水位三因素变化的敏感性进行分析。（2）在敏感性分析的基础上，用有限元模拟软件Abaqus模拟最敏感因素对岸坡重力侵蚀特性的影响机理。（3）以黄土岸坡的滑塌过程和型态作为对照组，用岩土工程软件GEO5概化模拟降雨均匀入渗条件下黄河上游宁蒙河段沙漠粗沙岸坡的重力侵蚀特性。对黄河上游宁蒙河段沙漠小流域沙丘岸坡重力侵蚀特性的数值模拟研究，可以进一步从力学角度解释粗沙岸坡在重力侵蚀下的岸坡稳定性变化，并且验证沙质岸坡直立、微弯、折线型型态的假设，研究为黄河上游沙漠小流域造成的水土流失综合治理提供依据，并为高含沙洪水水沙输移理论建立打下基矗1.5技术路线图本研究采用野外观测、室内试验、数值模拟相结合的手段，据此制定技术路线，如图1.3所示。图1.3技术路线

【参考文献】：
期刊论文
[1]有限元极限平衡法与强度折减法在边坡稳定性分析中的对比[J]. 杨正玉,刘顺青,崔雨.  水科学与工程技术. 2020(01)
[2]黄河上游“十大孔兑”高含沙洪水灾害过程与输沙特性[J]. 王之君,拓万全,王昱,张科,李余杰.  灾害学. 2019(03)
[3]十大孔兑降雨侵蚀产沙时空分布特征及预测[J]. 王文君,陈新闯,李小倩,郭建英,李锦荣,张铁钢,薛强.  人民黄河. 2019(04)
[4]边坡稳定极限分析斜条分上限法的全局优化方法[J]. 孙平,陈玺,王玉杰.  水利学报. 2018(06)
[5]岸坡崩塌条件下弯道环流与水流剪切力的变化特征[J]. 舒安平,周星,余明辉,段国胜,朱福杨.  水利学报. 2018(03)
[6]内蒙古十大孔兑流域地貌演化格局及其成因机制[J]. 顾畛逵,师长兴,阳辉,刘晓菲.  干旱区地理. 2017(06)
[7]坡面植被格局对坡沟系统能量调控及水沙响应关系的影响[J]. 苏远逸,李鹏,李占斌,任宗萍,肖列,李聪,汤珊珊,王添,张祎.  水土保持学报. 2017(05)
[8]深度神经网络自适应中基于身份认证向量的归一化方法[J]. 杨建斌,张卫强,刘加.  中国科学院大学学报. 2017(05)
[9]边坡稳定性分析方法探讨[J]. 张明,王大锋,胡荣华.  岩土工程技术. 2017(03)
[10]遥感技术在土壤侵蚀研究中的应用述评[J]. 张骁,赵文武,刘源鑫.  水土保持通报. 2017(02)

博士论文
[1]滑坡侵蚀及其动力学机制与定量评价研究[D]. 郑书彦.西北农林科技大学 2002

硕士论文
[1]水流淘刷作用下土质边坡稳定性研究[D]. 张安琪.东北农业大学 2017
[2]基于ABAQUS的滑坡稳定性分析及抗滑桩优化设计[D]. 赵鹏.西安工业大学 2016
[3]基于FLAC3d的土质边坡稳定性及其抗滑桩加固研究[D]. 褚铅波.浙江大学 2013
[4]红壤坡面与黄土坡面土壤侵蚀过程对比研究[D]. 张会茹.西北农林科技大学 2009



本文编号：2912683