模拟降雨条件下不同砾石含量工程边坡土壤侵蚀及水动力学特征

[目的]探究砾石含量对急陡工程边坡土壤侵蚀及流水力学特征的影响。[方法]采用室内模拟降雨试验和人工制备土壤等方法,研究了在3种降雨强度(40,60,80 mm/h),5种砾石含量(3%,15%,35%,55%,75%)条件下50°工程边坡土壤侵蚀率变化特征以及土壤侵蚀率与各水动力学参数的关系。[结果]①40,60,80 mm/h雨强下,各砾石含量坡面径流率较土质坡面分别减少了10.1%～55.9%,13.9%～41.9%,19.6%～47.7%;径流剪切力、径流功率、过水断面单位能分别与砾石含量呈显著递减的线性函数、指数函数、幂函数关系。②坡面侵蚀率随着砾石含量的增加而减小,不同试验雨强下侵蚀率大小及变化过程具有明显差异。当雨强为40 mm/h时,坡面整体产沙率较低,随降雨过程整体呈现出缓慢增加的趋势;当雨强为60 mm/h时,不同砾石含量下侵蚀率迅速增加后呈波浪式缓慢上升或平稳下降的趋势;当雨强为80 mm/h时,砾石含量为3%条件下,坡面侵蚀率迅速增长后增速降低,当砾石含量大于15%时,边坡侵蚀率达到峰值后均开始缓慢下降。③工程边坡土壤侵蚀率与径流率、径流剪切力、径流功率、过水断面单位能均呈显著线性函数、对数函数、幂函数关系。[结论]工程边坡土壤中的砾石具有抗侵蚀作用,随着砾石含量的增多,坡面土壤侵蚀量和各水动力学参数均明显降低。     

砾石含量及粒径对崩岗崩积体渗透特性的影响

为探讨砾石对崩积体渗透性的影响,采用环刀法对不同砾石含量及粒径条件下崩积体入渗特性的变化进行研究。结果表明:(1)0%,10%,20%,30%砾石含量崩积体进入稳渗时间在9~10min之间,40%,50%砾石含量崩积体进入稳定时间在19~20min之间。(2)相同粒径砾石条件下,崩积体的初渗率、稳渗率、平均入渗率及入渗量随砾石含量的增加而增大;含2~3,3~5,5~10mm砾石崩积体的入渗参数在10%,20%,30%砾石含量时变化不大;当砾石含量为40%时,入渗参数随着砾石粒径的增大而减小;当砾石含量为50%时,含3~5mm砾石的崩积体的入渗参数最小。(3)Kostiakov公式拟合更适合模拟崩积体的入渗模型。     

峰丛洼地岩溶裂隙水土漏失过程室内模拟试验

[目的]水土漏失控制是喀斯特地区石漠化防治的关键,因此对水土漏失机理及其影响因素进行探究。[方法]通过室内模拟试验,研究水压力(0.3,1.3,2.3,5.5 m水头)、岩溶裂隙宽度(0.25,0.50,0.75,1.00 cm)和土壤团聚体粒径(0～1.0,1.0～2.0,2.0～5.0,0～5.0 mm)对峰丛洼地水土漏失过程的影响。[结果]水压力和裂隙宽度越大、团聚体粒径越小或粒组缺失的土壤,上覆土层越易被击穿。土层被击穿时间约需2～20 min。在土层被击穿后,水漏失速率迅速增大并逐渐趋于稳定,土壤漏失速率则急剧增大至峰值后减小并趋于其稳定值,且水土漏失速率及其累积漏失量显著大于未击穿土层。水土漏失量随着水压力或裂隙宽度的增大而增大。当裂隙宽度为0.25,0.50,0.75,1.00 cm时,1.3～5.5 m水压力时的累积水漏失量分别比0.3 m水压力时增大1.2～13.2,2.4～131.0,2.1～167.3,75.8～141.9倍。累积土壤漏失量随团聚体粒径的增大而显著减小。在大团聚体缺失时土壤漏失量随着裂隙宽度的增大而减小,而在小团聚体缺失时则随之增大。当裂隙宽度为0...     

含砾石风沙土堆积体坡面径流产沙特征

为明确砾石含量对风沙土工程堆积体坡面径流产沙特征的影响,以土质坡面为对照,采用室内模拟降雨试验方法,研究了不同降雨强度(1.0、1.5、2.0和2.5 mm·min~(-1))条件下不同砾石质量含量(10%、20%、30%)的风沙土堆积体坡面径流特性及侵蚀产沙规律。结果表明:(1)1.0、1.5、2.5mm·min~(-1)雨强下,10%砾石含量坡面径流率较土质坡面减少5.03%～39.99%,而20%、30%砾石含量坡面径流率则分别增加7.48%～74.56%、19.51%～84.31%;各砾石含量坡面径流率均与雨强呈显著递增的指数函数关系;(2)土质和含砾石坡面径流型态基本以层流为主;土质坡面径流流态多为急流,而含砾石坡面径流则以缓流为主;各雨强条件下,10%、20%、30%砾石含量坡面径流阻力系数较对照分别增加24.07%～114.10%、51.84%～141.57%、89.04%～288.16%;(3)1.0、1.5 mm·min~(-1)雨强下土质和10%砾石含量坡面侵蚀速率随降雨历时呈减小—稳定—增大趋势,2.0、2.5 mm·min~(-1)雨强下,则呈波动式逐渐增大趋势;4种雨强下,20%、30%砾石含量坡面侵蚀速率呈缓慢、平稳增加趋势;(4)雨强为1.0 mm·min~(-1)时土质坡面侵蚀量最小,雨强≥1.5 mm·min~(-1)时,含砾石坡面侵蚀量较土质分别减少41.08%～63.27%、22.80%～67.80%、28.89%～68.50%;(5)侵蚀量与径流率、雷诺数、弗汝德数均呈显著正相关关系,与阻力系数则呈显著负相关关系;结果可为陕北风沙土区生产建设项目工程堆积体水土流失量估算模型的建立提供科学参考。     

粒度组成对红黏土干缩裂隙影响

为了探讨粒度组成对红黏土干缩裂隙发育的影响,从而给红黏土地区的工程建设及减灾防灾提供理论依据。通过室内干燥试验,研究了粒度组成对昆明呈贡红黏土饱和泥浆样的水分蒸发、干缩裂隙的形成和演化、表面干缩裂隙结构形态的影响。结果表明:(1)蒸发曲线分为4个阶段,常速率阶段是最重要阶段;(2)常速率阶段历时随粒径减小而增长,随粒径分布范围变大而减短;(3)蒸发速率与粒径、粒径分布范围的关系不明显;(4)干缩裂隙形成与演化过程分为5个阶段,受粒度组成影响最显著的是裂隙形成阶段;(5)粒度组成影响裂隙形成阶段历时、不同等级裂隙先后衍生关系、开裂曲线的分段性、裂隙网络结构和土块分布;(6)天然粒组样的干缩裂隙产生向上卷曲现象;(7)粒径分布范围越大,分布非均匀性越强,表面裂隙率越大,而粒径的影响不明显;(8)表面裂隙的分形维数随粒径减小而减小。综上,粒径分布范围和分布非均匀性显著影响红黏土的水分蒸发过程,干缩裂隙的形成和演化,表面干缩裂隙结构形态。     

不同砾石含量塿土堆积体坡面侵蚀特征研究

为明确砾石含量对关中塿土堆积体坡面径流和侵蚀特性的影响,采用室内模拟降雨试验方法,以土质坡面为对照,研究了10%、20%、30%三种砾石含量堆积体坡面的侵蚀特征。结果表明:(1)1.0mm·min–1雨强下,10%砾石含量时初始产流时间最大,雨强1.0 mm·min–1时,各坡面初始产流时间在10%砾石含量时最小;(2)各砾石含量坡面平均流速均随雨强增大而增大,1.0和2.5mm·min–1雨强条件下10%砾石含量坡面流速最大,而1.5和2.0mm·min–1雨强下,含砾石坡面流速较土质坡面分别减少15.3%～21.2%和13.6%～14.1%;(3)不同雨强条件下各含砾石坡面含沙量在产流前期(0～6 min)急剧下降;产流6 min后,含沙量在1.0、1.5 mm·min–1雨强下逐渐趋于稳定,在2.0、2.5 mm·min–1雨强下呈多峰多谷的变化,该时期砾石主导产沙过程;(4)次降雨侵蚀量随雨强增大呈显著的幂函数关系;而随雨强的增大各砾石坡面侵蚀量较土质坡面分别减少22.4%～42.6%、8.2%～66.3%、2.2%～56.5%和45.0%～68.3%。该研究可为关中地区堆积体坡面水蚀模型的建立提供理论依据。     

基于X-ray CT的古土壤孔裂隙识别与表征

[目的]对古土壤内部孔隙裂隙结构的形态、类型、孔径分布进行精确表征,为斜坡中古土壤水力学性质的研究提供重要依据。[方法]利用X-ray CT对泾阳南塬S5古土壤原状试样进行扫描,利用VG studio Max和AVIZO三维可视化软件,经过滤波处理、阈值分割、三维重建得到了三维可视化数字古土壤模型,计算了二三维孔隙度,基于形状因子提取了古土壤中孔隙和裂隙并进行分类,提出了各类空隙的孔径表征算法。[结果](1)古土壤中孔裂隙并存,在空间上具有显著的垂向性和空间异质性,在空间形态上可由形状因子(SF)区分为裂隙(SF40.18)、枝杈状孔隙(7.01SF≤40.18)、长柱状孔隙(2.0SF≤7.01)、椭球状孔隙(1SF≤2)和球状孔隙(SF≤1);(2)大孔隙度(等效直径大于100μm)为9.86%,占总孔隙度(41.18%)的23.94%,表明古土壤中以等效直径为100μm以下的孔裂隙为主;(3)孔径分布在0.1～5mm之间,以0.1～0.7 mm为主,而体积贡献率上以0.7～1.0 mm为主,裂隙最大开度5.1 mm。[结论]古土壤是一种以中小微孔隙为主,(特)大孔隙和(微)裂隙伴生的双重介质土体,X-ray CT和三维可视化重建技术为古土壤孔裂隙识别和表征提供了一种有效的途径。     

冻融干湿循环条件下压砂砾石损伤过程

为了解冻融干湿循环条件下压砂砾石损伤过程,该研究模拟当地自然气候环境,探讨压砂砾石粒径、盐度及冻融干湿循环次数对压砂砾石田间风化的作用效果。测定压砂砾石质量损失量,采用扫描电镜试验和X射线粉末衍射试验观察压砂砾石的微观结构及矿物组成的变化,初步分析了当地压砂砾石损伤机理。结果表明:1)小粒径(2、10mm)处理的压砂砾石质量损失量较大。压砂砾石质量损失量与粒径负相关,累积质量损失率与粒径负相关,与冻融干湿循环次数正相关。压砂砾石累积质量损失率与冻融干湿循环次数为一次函数递增关系(R2≥0.928)。影响压砂砾石质量损失量因素为粒径,影响砾石累积质量损失率因素为冻融干湿循环次数、粒径。2)粒径为10 mm、盐度为6 g/L处理时孔隙率增幅最大(16.78%)。孔隙率与粒径负相关,与冻融干湿循环次数正相关,影响砾石孔隙率因素由大到小为粒径、冻融干湿循环次数。3)压砂砾石中主要有5种矿物,白云母和钠长石质量分数与粒径正相关,石英与粒径负相关。粒径是影响压砂砾石石英、白云母和钠长石含量主要因素。4)压砂砾石损伤内因为结构特性、裂隙发育情况和亲水性矿物含量;外因为冻融风化、水岩作用及盐分参与淋溶。研究结果可为压砂地土壤健康发展与可持续利用提供依据。     

不同干湿条件下中等膨胀土裂隙发展及作用机理分析

为深入研究膨胀土在干湿循环作用下的裂隙发展规律,该研究以宿连航道工程中富含的中等膨胀土为研究对象,按照不同温度、干燥方式、干湿范围进行干湿循环试验,基于图像处理技术并结合SEM扫描电镜微观形貌,定量分析了膨胀土裂隙发展的温度与干湿效应。结果表明:裂隙发展受温度影响显著,从自然风干条件到烘箱干燥50℃,随着温度增加,裂隙指标逐渐增长;高温条件下裂隙的发育模式为先增长后拓宽,裂隙长度更早趋于稳定,而裂隙平均宽度仍会继续增长,并在含水率低于15%后出现0.08～0.17 mm的下降趋势;干湿循环是土体内部结构逐渐劣化,微观损伤不断累积的过程。虽然干湿前期试样的裂隙平均宽度受体缩效应影响,随干湿范围扩大出现部分下降趋势,而裂隙长度彼此接近,但随着干湿次数增加,裂隙指标极大值对应的干湿范围将逐渐由22%～33%向9%～33%转移;各温度、干湿范围作用下,试样裂隙指标的增加主要集中在前5次干湿循环,裂隙率、裂隙长度与平均宽度相较于未经过干湿循环的土体,分别增加了2.63%～11.56%,210.32～445.34 mm,0.39～0.83 mm;单位宽度分形维数相较于整体分形维数简化了干湿范围对于...     

降雨驱动下红壤团聚体的溅蚀特征及周转过程

[目的]研究降雨驱动作用下土壤团聚体受雨滴打击发生破碎和形成的过程,丰富土壤侵蚀研究机理。[方法]基于稀土元素示踪法,对各粒径土壤团聚体同时进行标记。在90 mm/h降雨溅蚀条件下,通过各粒径土壤团聚体(2～5 mm, 0.25～2 mm, 0.053～0.25 mm,<0.053 mm)在不同降雨特征参数(降雨历时、雨滴大小)下的质量变化和稀土元素含量变化,定量分析了团聚体间的周转路径和溅蚀颗粒特征。[结果]降雨驱动作用下,溅蚀量和溅蚀率会随着降雨动能的增加而变大,溅蚀颗粒主要分布于0.25～2 mm粒径范围内;除>2 mm的颗粒为大团聚体直接飞溅产生,<0.25 mm粒级溅蚀颗粒均主要源于大粒级团聚体破碎形成,最高可达到73.83%,其次为该粒级直接被击飞形成,同时会有小粒级颗粒吸附黏结形成;在残余团聚体的动态周转过程中,主要是相邻级别的团聚体间形成和破碎过程占比较高,其中大团聚体破碎产生小团聚体和粉黏粒团聚形成小团聚体分别对原粒级团聚体的破碎和形成方向的贡献率较高,分别达到24.06%～42.15%和36.83%～70.76%,且随着降雨时间的变化,大团聚体首先...     

渠道衬砌砼混凝土裂缝原因与控制措施探讨

混凝土裂缝问题是工程建设中带有一定普遍性的技术问题,已成为影响混凝土质量的通病。所以如何采取有效措施防止混凝土的开裂,是一个值得关注的问题。本文分析了影响混凝土开裂的主要因素,并在设计、生产及施工方面提出了预防混凝土开裂的控制措施。     

四川省某水电站左坝肩堆积体稳定性评价

研究的堆积体位于四川省西溪河流域某水电站左坝肩上部,其失稳不但影响大坝施工,而且将对电站枢纽建筑物安全构成直接威胁.现今在其地表出现多条裂缝,因此对其稳定性进行分析研究迫在眉睫.在地质测绘、现场勘察及岩土试验等资料的基础上,对堆积体的稳定性进行了评价.     

土壤干缩开裂三维模型构建及其参数敏感性分析

为揭示农田土壤干缩裂隙沿深度方向的发展规律及形成机理,该研究改进了Vogel提出的Hookean弹簧模型,通过构建由节点组成的三棱柱状网格结构,并考虑重力的影响,建立了可以模拟裂隙深度的三维农田土壤干缩开裂模型,分析了纵向弹性系数（与土壤沿深度的弹性有关）对模拟裂隙深度的影响,通过Minkowski密度（即面积密度、长度密度和欧拉数密度）量化分析裂隙形态。结果表明：试验与模拟裂隙图像的面积、长度、欧拉数密度及裂隙深度频率的决定系数在0.849～0.959之间,一致性指标在0.965～0.988之间,偏差在0.103～0.189之间,均方根误差在0.005～0.083之间,说明改进后的三维模型达到率定要求,该三维物理模型可以模拟出裂隙沿深度的拓展情况,模拟的表层裂隙形态特征符合自然裂隙的发育规律。敏感性分析中,纵向弹性系数越小,裂隙沿深度方向发育的趋势越明显,深裂缝（土深5～10 cm）的占比越大。研究可为模拟农田土壤裂隙沿纵向的发育和形成提供算法参考。     

信邑沟水库过坝渠道衬砌砼板裂缝的处理

首先对信邑沟水库填方渠道衬砌砼板裂缝产生的原因进行了分析,通过比较,选用WEP-Ⅲ型结构注缝胶进行化学灌浆处理,阐述了其工作机理及施工工艺,实践中取得了较好的效果。     

U型衬砌技术在灌区的应用

首先阐述U型衬砌渠道的应用概况及其主要优点,并分析U型衬砌渠道可能产生裂缝的原因,提出防止U型衬砌渠道裂缝产生的措施,在实践中取得了较好的效果。     

土壤裂缝产生过程中双氢胺对氮溶质运移的影响

模拟稻田土壤在淹水后加入不同量的（NH4）2SO4和双氢胺（DCD）抑制剂的溶液，让土壤自然变干，直至土壤产生裂缝到裂缝稳定的连续培养，在培养第10d后再给土柱复水的6种处理，每天监测各处理渗漏液中铵态氮、硝态氮和亚硝态氮的浓度变化。试验结果表明，肥料（NH4）2SO4和DCD的加入量是10：1．5和10：2时，即DCD和肥料（NH4）2SO4施用量的高比例能在裂缝产生过程时较好地抑制铵态氮硝化。整个培养过程没有获得DCD抑制剂对渗漏液中硝态氮和亚硝态氮的影响。裂缝稳定后的复水对渗漏液中的铵态氮没有影响，但是提高了渗漏液中的亚硝态氮和硝态氮的浓度。     

干湿循环作用下云南红土裂缝发展研究

以干湿循环为控制条件,考虑初始干密度、增湿次数和脱湿次数等影响因素,采用室内试验和图像处理相结合的方法,研究云南红土裂缝的产生及其发展演化。控制初始干密度为1.20,1.30,1.40,1.50g/cm~3,通过增湿、脱湿的干湿循环及膨胀率等试验方法,观察红土样裂缝的变化,并应用Matlab图像处理技术提取红土样的裂缝特征参数。结果表明:干湿循环作用下,初始干密度越大,红土样越容易开裂,干密度较小时(1.20g/cm~3)土样始终不开裂,随干密度增大(1.30,1.40g/cm~3),红土样在第3次增湿中开裂,干密度达1.50g/cm~3时,红土样在第2次增湿中开裂,增湿过程对红土样裂缝发展的影响显著大于脱湿过程的影响;红土样的膨胀率随浸泡时间延长逐渐增大,干密度为1.20,1.30,1.40g/cm~3时约8min膨胀基本稳定,干密度为1.50g/cm~3时约36min膨胀趋于稳定;对应红土样的裂缝条数、长度、面积和宽度等特征参数随增湿次数、脱湿次数增大而增大;随干密度增大,红土样的裂缝条数、长度与面积增大,裂缝宽度在干密度约1.30g/cm~3处存在峰值。干湿循环作用引起云南红土开裂的关键因素在于增湿过程中红土样的不均匀膨胀,红土裂缝属于膨胀裂缝,其发展过程包括裂缝孕育期(0~2次)、裂缝形成发展期(2~6次)和裂缝稳定期(6~8次)3个阶段,这3个阶段综合作用的结果,最终影响了红土裂缝的发展演化趋势。     

蛋壳破损自动检测模型研究

为了建立蛋壳破损检测模型，试验采用敲蛋装置与声检测控制器组成的计算机蛋破损检测系统获取被检蛋声音信号数据。通过对蛋声音信号的功率谱分析而得到反映蛋壳破损特征的参数：功率谱面积的平均值x₁，最大功率谱面积与最小功率谱面积的差值x₂，X轴方向上质心的平均值x₃，X轴方向上质心最大值与其最小值的差x₄，Y轴方向上质心的平均值x₅，Y轴方向上质心最大值与其最小值的差x₆，共振峰频率的最大值x₇和共振峰频率的最大值与其最小值间的差值x₈；再通过Bayes原理建立与蛋壳破损特征参数相关的蛋壳破损模型。检验结果表明模型准确率达到92%。     

禽蛋破损在线检测自动敲击发声装置

本文针对禽蛋破损在线检测技术要求,设计了一种轻巧的自动敲击发声装置,该装置利用电磁吸合原理,由单片机控制线圈中电流的方向和大小变化,改变感应区的磁场方向和磁场强度,控制敲击杆的伸出、停止和返回,从而实现对蛋壳的敲击发声,密闭在敲击杆内部的麦克风采集声音信号。文中对自动敲击发声装置的结构和工作原理、硬件参数及软件实现进行了描述,并以鸡蛋为对象,进行了声音信号采集实验。结果表明：该系统运行稳定,反应迅速,敲击力度适中,采集的声音信号实时、清晰。     

控制厚度条件下崩岗土体的裂隙演化特征

裂隙发育降低土体承载力、抗剪强度、凝聚力等力学特性,促使崩壁崩塌。在控制土体厚度（0.8,1.6,2.2 cm）条件下,对崩岗4层土体进行室内脱湿试验,通过相机定时定点拍照,并结合数字图像处理技术分析崩岗土体的裂隙演化特征。结果表明：（1）脱湿过程中土体变形均先产生核心收缩,后产生裂隙,且4层土中过渡层最早产生核心收缩与裂隙发育现象;（2）4层土之间,裂隙发育程度呈现为过渡层>红土层>表土层>砂土层,过渡层与砂土层的较大差异会破坏土体的稳定性,加速崩壁崩塌;（3）随着土体厚度的增加,裂隙发育现象减弱,核心收缩现象逐渐增强。对于直径为12 cm的崩岗土体,当厚度为2.2 cm时,无裂隙发育,仅产生核心收缩现象。研究结果可为研究崩壁崩塌机理、提高崩岗稳定性提供科学依据。