岩土二元介质坡地非饱和渗流特征试验研究

为了研究岩土特性对坡地降水转化及再分布的影响，利用自行设计的大型渗透仪，对扰动组合岩土体天然降雨条件下的非饱和渗流特征进行了试验研究。结果表明：在进行岩土非饱和渗流计算时，岩体层应依据双重介质模型，并充分考虑岩块与裂隙填充物的不同，按照两者的体积含水率和体积大小分别计算其水分含量并求和得到岩体层的水分含量；下部相对弱透水层与相对高含水层的存在是壤中流发生的主要条件，在岩土水分含量较高的情况下，当降雨入渗到土壤与岩石交界面后，沿岩土界面产生侧向优先流，该优先流在水平和垂直方向交互作用引起水分在岩体裂隙中快速入渗；裂隙岩体的风化程度对非饱和渗流具有重要影响，在强风化的裂隙岩体中，水分不仅在裂隙网络中运动，同时由于岩块的风化分异，岩块的表层也参与了部分水分运动。     

三峡库区紫色土干缩裂隙形态几何尺寸效应

紫色土是一种广泛分布于三峡库区的农业土壤，易在降雨-蒸发循环作用下产生干缩裂隙，严重影响土壤的水力和力学性能，并加剧水土流失等自然灾害的发生。几何尺寸是影响紫色土裂隙发育的主要因素，基于响应面设计对13组不同厚度和直径的紫色土泥浆试样开展室内干燥试验，利用数字图像处理技术和形态学算法进行裂隙形态参数的定量表征。结果表明：1）几何尺寸对干缩裂隙的面积率、长度密度、平均宽度密度和分形维数影响极显著。厚度是影响裂隙面积和形态不规则性的主要因素，而直径对裂隙长度和宽度发育的影响较厚度更加明显。并且直径和厚度对裂隙率、平均宽度密度及分形维数存在交互影响作用；2）裂隙形态主要呈“T”型，含少量“I”和“Y”型，厚度越小，裂隙分布越密集，裂隙网络越不规则。直径越小，裂隙网络越单一，裂隙朝着土体边缘分布。单根裂隙面积占比的概率密度随着裂隙面积的增大呈指数型衰减，频率分布符合Expdec函数曲线形式；3）裂隙发育存在明显的几何尺寸效应，其平均开裂应力随着直径的增大以幂函数曲线形式减少，厚度的增大将削弱直径对平均开裂应力的几何尺寸效应。研究结果对三峡库区紫色土裂隙形态和发育机制的认识具有一定参考意义。     

裂隙岩质边坡非饱和降雨入渗特征分析

[目的]研究降雨入渗过程中,裂隙岩质边坡渗流场和暂态饱和区的变化规律,为裂隙岩体降雨入渗规律、工程技术及水土保持方面的研究提供支持。[方法]基于非连续裂隙模型,采用Matlab编制裂隙岩体渗透张量的计算程序;基于等效连续介质渗流模型,采用FLAC3D内置的FISH语言编制程序进行非饱和渗流分析。[结果]依托实际工程分析得出了裂隙岩体的渗透张量,在降雨过程中随着降雨强度的增加或者降雨时间的延长,边坡表层区域零孔隙水压力面不断向内部发展,暂态饱和区的范围不断扩大,且暂态饱和区的出现发生在降雨强度大于边坡的入渗率的情况。[结论]采用非连续裂隙网络模型和等效连续介质渗流模型对裂隙岩质边坡降雨入渗分析能较好反映裂隙岩体各向异性和非饱和渗流的特点。     

根系及裂隙角度对基材原位剪切特性的影响

[目的] 研究岩体裂隙角度对不同植物根系下基材原位剪切特性的影响,旨在为水土保持与生态修复工作提供科学参考。[方法] 设置无植物、狗牙根和多花木兰3种条件,对试样养护90 d后,在岩体裂隙与剪切垂直方向为15°,30°,45°,60°,75°和90°下开展基材原位剪切试验。[结果] ①狗牙根和多花木兰根—基材复合体的抗剪强度和残余抗剪强度均明显大于无根基材,抗剪强度平均增幅分别为33.87%～65.18%,44.94%～73.65%。②无植物基材试样在位移量为8～11 mm时抗剪强度达到峰值,狗牙根根—基材复合体和多花木兰根—基材复合体则在20～36 mm时达到峰值位移,根系能够滞后植被混凝土的峰值位移,含根基材试样能够承受更大的变形。③同种植物,不同的岩隙分布形式对根系的固土能力影响不同。随着裂隙角度的增加其抗剪强度呈先增加后减小的趋势,在裂隙角度为60°时其抗剪强度达到最大值。[结论] 根系能显著增强植被混凝土基材的抗剪强度,提高残余剪切应力,不同裂隙的分布方式对提高基材的抗剪强度的作用呈现差异性,但对于残余抗剪强度,裂隙分布影响不明显。     

四川某隧道岩溶水文地质条件及涌水量初步研究

拟建隧道位于黄龙景区,通过段主要为强溶蚀岩溶-裂隙含水岩层,区内构造活跃、地形切割强烈,隧道遭遇岩溶涌突水的危险性较大.通过分析该隧道岩溶水文地质环境.论述了隧址区岩溶发育分布规律、岩溶水补径排条件及化学特征,并采用地下水径流模数法和大气降水入渗法2种方法对比计算对隧道涌水量做出初步预测评价,为施工提供依据.     

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。     

某跨海大桥主塔位工程边坡稳定性三维数值模拟分析

某跨海大桥为一悬索桥，其主塔位于海中的岛礁上。因岛礁山体略显单薄，受数条断层及其他构造裂隙的影响，整体完整性较差。在岩体结构模型概化的基础上，采用三维有限元数值分析方法，系统研究了山体边坡在塔基开挖，混凝土浇筑以及工程荷载作用下，岸坡岩体的应力、变形的分布特征和变化规律，为工程边坡稳定性和工程设计施工提供了基础资料和参考依据。     

基于苹果树冠层计盒维数的光照分布预测

果园精细管理中,苹果树冠层结构决定了叶幕期光照分布情况,而叶幕期光照分布又是关系到果实产量和质量的重要因素之一。该文以纺锤体苹果树为研究对象,提出了基于苹果树冠层计盒维数的光照分布预测方法。在冠层尺度内,按照网格法划分休眠期苹果树冠层三维点云数据,通过分析该数据构成的果树冠层空间结构,提出用计盒维数量化果树冠层结构的方法;通过分析休眠期冠层结构特征和叶幕期冠层相对光照分布特点,研究了休眠期苹果树三维冠层网格空间计盒维数与叶幕期冠层光照空间分布之间的关系,预测了叶幕成形期苹果树冠层光照分布。通过连续3 a的数据分析,叶幕期苹果树冠层阳面光照分布平均预测精度为76.11%,阴面平均光照分布预测精度为74.10%,该方法可为苹果树自动化修剪合理性评判提供技术支持。     

江西多年平均降水量空间插值模型的选取与比较

为了探究江西省多年平均降水量的空间分布格局,本文选取81个时间序列完整的气象站30 a(1976-2005年)降水数据,运用泛克里格中不同半变异模型对降水数据进行拟合.分别采用65个建模站点交叉验证和16个验证站点的检验,证实了该研究区域多年平均降水量存在较强的空间相关性.通过不同半变异函数模型的对比发现,球面和指数模型在建模站点交叉验证结果中的标准均方根预测误差分别为1.024和1.023,较为接近1,表明其误差较小;其在验证站点检验结果中的标准均方根预测误差分别为1.105和1.104,表明这两种模型的拟合效果较优,能较为真实地反映江西省多年平均降水量的空间分布情况,其中以指数模型拟合效果最优.     

温度对崩壁红土层土壤干缩裂隙形态影响的定量研究

  目的  探究干燥温度对土壤水分的蒸发速率及其崩壁土壤干缩裂隙的发育过程的影响,为准确认识崩壁土壤裂隙的形态及其对揭示崩岗的发展过程提供理论依据。  方法  研究选取典型崩岗区崩壁的红土层土壤,模拟干缩裂隙发育过程,通过图像处理技术,定量分析裂隙表面参数,探讨温度对崩壁红土层土壤裂隙发育的影响。  结果  温度降低,土壤水分蒸发速率下降,裂隙面积和裂隙总长度增大,裂隙率提高,同时块区面积降低,块区个数以及裂隙条数、节点数显著增加,整个土体呈现出越发破碎的状态。由于裂隙条数的显著增加,低温状态下（40 ℃）裂隙的平均长度小于高温条件（80 ℃）的试样,即低温条件较高温条件土壤裂隙发育数量更多,平均长度更小;土壤裂隙的平均宽度随温度升高呈现增大的趋势;分形维数随着温度的降低呈现增大的趋势。黏粒含量显著影响土壤干缩裂隙发育的温度效应。  结论  在较低温度条件下,崩壁红土层表层土壤水分蒸发时间长,裂隙发育过程更缓慢,但发育程度高,裂隙结构更复杂。     

基于三维水温模型预测有支流影响下的水库水温

以存在支流的新疆自治区某水库为例,分析其支流与主库之间的相互关系,采用三维水温模型,对有无支流影响下的水库进行了模拟计算,对比分析了水库库区的水温分布、坝前垂向水温和水库的下泄水温。结果表明,支流对水库的水温分布存在一定的影响,在有支流影响时,水库坝前底部水温较低,下泄水温也较低,并在冬季出现较大温差。通过改变主支库交汇处距坝址的距离,分析表明支流离坝址越近,对水库的水温分布影响越大。     

河龙区间坝库参数与减沙效益关系研究

对黄河中游河龙区间晋西北片、陕北片坝库控制面积占比、坝库单位面积库容等参数与水利水土保持措施减沙效益关系进行了研究，结果表明：（1）晋西北片若没有坝库工程，仅靠水土保持坡面治理措施只能取得14％的减沙效益；每增加100km^2的坝库控制面积，即可提高2％的减沙效益；每增加400万m^2的库容，即可提高1％的减沙效益;坝库单位面积库容每提高1万m^2／km^2，减沙效益即可提高约10％。（2）陕北片减沙效益主要由坝库工程产生。减沙效益提高10％，坝库单位面积库容需要提高5万m^2／km^2。要使流域水土保持综合治理减沙效益达到20％以上，坝库单位面积库容应在6万m^2／km^2以上。（3）在黄河中游多沙粗沙区，要实现40％左右的减沙效益，坝库单位面积库容应达到167／m^2／km^2以上。     

水库防渗措施及坝后排水沟距离对周边农田地下水埋深的影响

干旱区平原水库渗漏对下游农田土壤的水盐动态变化影响较大,易造成土壤的次生盐渍化和沼泽化。水库常采用"上防下排"措施来降低坝后农田地下水埋深,但排水沟参数如何选择,与坝基防渗体如何联合使用,治理效果如何等都值得深入研究。该文基于非饱和土体渗流理论,以恰拉水库周边农田为研究对象,针对"上防下排"措施进行数值模拟,分析恰拉水库采用水平铺盖、悬挂式防渗墙或无防渗措施时,坝后农田地下水埋深与坝后排水沟位置及深度的关系,并针对下游坝坡稳定及坝后积水进行分析,并通过田间试验进行验证。研究表明:在不同的渗流控制方案下,农田地下水埋深均以排水沟中轴线为对称轴呈现"漏斗形"降落趋势,排水沟前地下水埋深逐渐增大,排水沟后的地下水位有一小幅度的减小,因此,"上防下排措施"从"源头"处减小渗水进入坝后农田,增大农田地下水埋深。3种方案对比显示,不同"上防下排"渗流控制方案在遏制水库渗漏和减小坝后农田地下水的效果不同。悬挂式防渗墙和无防渗体工况不能有效减小水库的渗漏量,联合排水沟使用效果较差。22倍水头的水平铺盖在渗流控制方面优于悬挂式防渗墙和无防渗体时的工况,联合坝后排水沟及时排水后,可有效的将地下水埋深控制在2.72 m左右,大于当地的地下水临界水位2.45,有效遏制坝后土壤的盐渍化趋势。排水沟设置的位置和深度对大坝稳定存在一定影响,计算实际工况(22倍水平铺盖)时下游坝坡抗滑安全系数为1.358,大于下游坝坡最小抗滑安全系数1.242,下游坝坡处于安全状态。排水沟设置后,坝趾至沟间的积水长度是产生坝后沼泽化的主要原因。计算和实测实际情况下的积水长度为0.27 m,沼泽化面积较小。此外,计算还发现避免农田沼泽化对应的排水沟最小深度为5.18 m,实际工程中排水沟深度为6 m,可见当前的防渗形式以及排水沟至坝趾的距离及深度是合理的。库水位变动、排水沟排水的及时性对坝后地下水埋深也有较大的影响,排水沟作为辅助措施应与农田排水沟(渠)、水库防渗体以及农田灌溉制度配合使用,才能更加有效的发挥作用。     

龙羊峡水库蓄水对水温的净影响

分析水库蓄水对水温的影响对于研究水库气候效应,探讨水库建设对水生生物和下游农作物灌溉的影响具有重要意义。本文建立了计算分层型水库对水温净影响的数学模型,并利用龙羊峡水库和下游河道实测水温和气温成果,在深入分析了龙羊峡水库水温类型和水温铅直分布规律的基础上,采用该模型计算了龙羊峡水库蓄水对坝前和下游河道水温的净影响。与传统的差值法相比,该模型引入了基于气温与水温相关关系的修正因子,扣除了自然因素引起的水温背景值的变化,可以获得更为准确的计算结果。     

论地质条件对某水电站坝型选择的影响

某水电站的地质条件比较复杂,在前期地质工作不足的条件下,认为在此处的工程地质条件总体较优,混凝土拱坝和心墙堆石坝都比较适合;随着坝址区地质勘测的深入,在分析研究了重力坝与拱坝方案存在的主要工程地质问题后,进而比较了上述坝型地质条件的各自利弊,最后推荐了心墙堆石坝.     

基于线性分解时序方法的径流序列长度影响研究

应用线性分解时间序列分析方法揭示径流序列特征的成果较多,但很少涉及序列长度对径流线性分解结果的影响问题.利用闽江流域竹岐站年径流和松花江流域白山水库入库年径流近70 a的径流序列对此进行了探讨.将约70 a的径流资料分成各相差5 a的6种不同径流序列进行分解,结果表明,序列长度对径流序列线性分解的结果有十分明显的影响,调整序列长度导致径流的趋势、跳跃和周期等特征产生变化,且没有明显的规律性.因此,径流时间序列分析要选取合理的序列长度,且合理的序列长度可能与时间尺度有关.     

小流域坝系相对稳定与布局优化规划模型研究

坝系相对稳定与优化布局规划是当前小流域坝系建设研究的热点领域。在对坝系规划及坝系相对稳定研究和应用现状综述的基础上,依据系统动力学的原理,采用经验法、动态仿真法和非线性规划法建立了基于拦泥库容、滞洪库容、溢洪道流量优化设计的坝系布局优化模型和建坝时序优化模型,编制了坝系规划计算机自动优化流程图,并以陕北黄土丘陵区韭园沟小流域坝系优化为例,对模型进行了实例验证,取得了较好的应用效果,对黄土高原丘陵沟壑区小流域坝系建设优化规划有借鉴和指导意义。     

某水电站左岸近坝堆积体发育特征及稳定性评价

库岸边坡的稳定性对电站的施工和运营均有重大影响。研究的堆积体位于怒江下游某水电站近坝库段,其稳定性如何直接关系到坝址的选择和设计,因此有必要对其进行分析研究。在对堆积体发育特征及成因机制的研究基础之上,对其稳定性作了定性和定量的评价,为坝址选择、设计与施工提供了可靠依据。     

淤地坝系规划设计通用软件及其应用

用ＢＡＳＩＣ语言编程的坝系规划设计通用软件已被研制，它能用于坝高小于５０ｍ的淤地坝和小型水库的坝体，放水设施和溢洪道设计。该软件具有选择合理参数，运算速率快，精度高和通用性强的优点，为坝系设计提供了一个有效工具。     

坝系农业与生态环境建设

水土保持生态环境建设是实施西部大开发的基础,坝系农业是生态农业的组成部分,在水土保持综合治理的系统工程内依靠坝系建设发展沟坝地、缩河造地、引洪淤地。利用坝库拦蓄的径流发展水浇地。增加粮食产量,为荒山退耕还林还草奠定基础。