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1.
寒区多年冻土斜坡内部存在的下卧冰层对多年冻土斜坡稳定有着重要影响。为探究冰-冻土界面力学特性对斜坡稳定的影响,该研究以冰-冻土界面为研究对象,在低温环境（-3℃）下开展了不同冻土初始孔隙比和含水率下的冰-冻土界面及对应的冰-土颗粒界面直接剪切试验,建立了考虑冰晶胶结特性的冰-冻土界面非线性弹性损伤模型,结合试验结果对模型进行了验证,并分析了界面在剪切过程中切线刚度的变化规律。结果表明：冰-土颗粒界面的剪切应力表现为应变硬化特性,而冰-冻土界面的剪应力在峰值强度之后迅速下降,表现为应变软化特性。冰-冻土界面结构系数峰值点对应的剪切位移随着含水率的增大而增大,当冻土初始孔隙比为1.0、0.8和0.6,冻土初始含水率从14%增大至18%时剪切位移分别增大了32.7%、41.3%和52.1%。在-3℃下,冻土的初始含水率越大,则界面处的胶结冰越多,黏聚强度对界面的抗剪强度贡献也就越大。当结构系数达峰值点后,界面开始产生损伤,并随着剪切位移的增加进入加速损伤阶段。剪切过程中界面的切线刚度呈先增大后减小的趋势,在结构系数峰值点处为0,之后切线刚度随着剪切位移的增加逐渐减小。此外,界面的峰值切线刚度随着法向应力的增大而增大,当冻土初始孔隙比1.0、初始含水率为18%,法向应力从50 kPa增大至200 kPa时,则界面的峰值切线刚度增加了63.7%。在冰-冻土界面力学模型中考虑冰晶胶结特性更加合理,研究结果可为寒区斜坡稳定性分析提供参考。 相似文献
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为探索根系与土体间相互作用的特性,基于库仑理论,采用直接剪切的方法,对油松根系和刺槐根系与黄土在不同含水量、土壤密度条件下进行不同法向荷载作用下的剪切试验,得出了油松根系和刺槐根系与黄土之间的剪切特性,刺槐根系与黄土间的摩擦阻力大于油松,并讨论了法向应力、树木根系种类、土壤密度及含水量对接触界面剪切特性的影响。 相似文献
3.
为了系统性研究灌木植物根系的固土力学效应,探讨土体对根系的摩阻特性,以4种不同土壤粒径（原级配,1.0~2.0,0.5~1.0,<0.5 mm）和3年生的典型护坡植物种火棘及紫穗槐为研究对象,采用室内直剪的方式对根系进行根—土界面直剪摩擦试验。结果表明：（1）根—土及土—土界面的摩阻强度与垂直荷载呈明显的正线性关系;随土体粒径的增加,根—土及土—土界面的摩阻强度、摩擦系数、黏聚力和摩擦角均呈现下降趋势,且在相同粒径范围内,火棘根—土界面摩阻特性显著优于紫穗槐和素土;（2）根—土界面与素土界面的剪应力随位移的增长速率呈现先增大后减小的趋势;根—土界面剪应力与位移关系曲线呈现曲折蜿蜒式上升,而素土曲线表现为平缓式上升;（3）土体粒径越小,根土间接触面的比表面积越大,细小的土壤颗粒与根表面发生镶嵌,加大接触面的咬合力,使摩阻能力加大。研究结果对进一步探讨灌木植物根—土相互作用力学机制,以及利用灌木植物提高试验区边坡土体稳定性、防治坡面浅层滑落具有一定的理论指导意义。 相似文献
4.
为克服已有梯形渠道弹性地基梁模型未考虑土体连续性及需要预先假定切向冻结力分布的不足，该研究在Winkler模型的基础上，用土弹簧的伸缩来描述法向冻胀力与法向冻结力，引入剪切层和接触界面层构建了梯形渠道双参数冻土地基梁模型。通过引入剪切层考虑土弹簧间的相互作用，引入接触界面层把切向冻结力计算纳入模型中一体化求解。以甘肃省靖会总干渠梯形渠道为例，计算了衬砌板法向冻胀位移，并将计算值与Winkler模型、有限元法计算结果及试验值进行对比分析，最后对衬砌板各点切向位移及切向冻结力分布进行计算。结果表明：本文模型计算值与Winkler模型、有限元法计算结果的总体变化趋势一致，且关键点上与试验值更加符合，当剪切系数g=0时双参数模型则退化为Winkler模型，验证了模型合理性；衬砌板各点切向位移及切向冻结力呈非线性分布，且随切向刚度增大，各点切向位移总体呈减小趋势，与实际相符。本研究可为梯形渠道抗冻胀设计提供参考。 相似文献
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[目的]探究剪切方式对重塑黄土残余强度的影响,为黄土滑坡工程评价及治理提供科学依据。[方法]利用环剪仪对泾阳重塑黄土进行环剪试验。[结果]重塑黄土的峰值强度及残余强度均随着有效法向应力的增加而增大。随着有效法向应力的增加,土体达到残余强度所需的剪切位移减小;重塑黄土的变形表现为受剪压缩。单级剪得到的残余强度指标值与多级剪切得到的残余强度指标值的均值相近。[结论]剪切方式建议首选单级剪切。 相似文献
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为探究渠道衬砌与冻土接触面间存在的冻结约束、相对滑动与分离等接触作用对渠道衬砌冻胀破坏的影响,该研究以整体式U型渠道冻胀破坏监测试验为原型,构建了考虑接触和不考虑接触两类渠道冻胀模型,结合现场试验结果评估模型的合理性,并分析衬砌的冻胀变形与受力变化过程。结果表明:相比于不考虑接触模型,考虑接触模型的模拟结果更符合现场试验情况。在边坡处,考虑接触模型的法向应力峰值与试验监测峰值接近,不考虑接触模型的法向应力峰值可达前两者的3.3倍。试验与考虑接触模型的渠底法向应力基本为0,而不考虑接触模型中则存在持续增大的拉应力。现场试验的衬砌-冻土接触面间存在渠底分离与渠坡相对滑动过程,因此需由考虑接触模型模拟分析该过程。在试验与考虑接触模型中,渠底处衬砌与基土由于发生分离而产生空隙,此后悬空衬砌与渠坡基土发生相对滑动,释放了冻胀基土对衬砌的挤压力。考虑接触模型中的相对滑动改变了衬砌应力的发展趋势,由不考虑接触模型的“增力”变为考虑接触模拟的“卸力”。与不考虑接触模型相比,考虑接触模型的衬砌上、下表面正应力峰值分别降低了903%和164%,下表面切向力峰值降低了248%。在渠道冻胀模型中考虑接触作用更... 相似文献
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在高寒区水利工程中,冻土与混凝土接触界面的力学特性对于衬砌的稳定性和长期服役性能有着重要的影响。为研究冻土-混凝土界面冻结强度特征与形成机理,开展了试验温度为-1～-5℃,初始含水率为9.2%～20.8%,法向压力为50～300 kPa条件下冻结黄土-混凝土界面直剪试验。通过研究界面剪切应力-位移曲线特征,结合摩尔库伦强度理论,将峰值强度分解为残余强度和界面冰胶结强度,对冻土-混凝土界面冻结强度形成机制进行解释。相应将界面黏聚力分解为峰值强度黏聚力和残余强度黏聚力,界面摩擦系数分解为峰值强度摩擦系数和残余强度摩擦系数。结果表明:界面冰胶结强度随着试验温度下降而增大,但受法向压力影响很小。在初始含水率为13.1%,法向压力100 kPa时,试验温度由-1下降至-5℃,冰胶结强度由4.4增加至111.1 kPa。界面残余强度随着法向压力增大而增加,但受试验温度影响很小。在含水率20.8%,试验温度-5℃时,法向压力由50增加至300 kPa,残余强度由34增加至177 kPa。界面峰值强度黏聚力随温度的降低呈指数增长,在含水率13.1%时,温度由-1下降至-5℃,峰值强度黏聚力由35.09增加至148.05kPa,而残余强度黏聚力变化很小。界面处摩擦系数受试验温度影响较小。该研究可为寒区衬砌工程等冻土-构筑物接触面结构建设提供参考。 相似文献
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以往对于土的剪切应力试验研究大多是在高荷载条件下进行的 ,即使在低荷载条件下进行试验 ,也是单纯剪切试验。日本学者李昶雨先生采用丰浦标准沙和简易剪切机在低荷载条件下模拟发生崩坏坡地森林土壤环境 ,对不饱和土进行剪切试验 ,解析荷载条件与吸力对不饱和土的剪切应力与剪切变形之间关系的力学动态。结果表明 :丰浦标准沙比较适合研究土的剪切应力与剪切变形之间关系 ,关于不饱和土的剪切应力与剪切变形之间关系是具有与吸力、荷载条件相对应的表示变化参数的函数 ,这个函数有剪切变形为 0时的切线刚性率a、剪切后期的剪切应力与剪切变形之间关系曲线的渐近线截距b、斜率c 3个基本参数。不饱和土在一定的低荷载条件下 ,吸力大时 (土壤含水量低时 ) ,剪切应力就大 ;在吸力为 4 4 1kPa及不同荷载条件下 ,均出现参数a、c的高峰值 ;随着荷载的增大 ,剪切应力变大 相似文献
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冻土中的含水量和含冰量受温度直接影响,因此温度对季节性冻土的冻结层的力学性质有显著的影响。北方寒冷地区水渠的地震动力响应随季节变化会呈现出差异。该文运用冻土物理学、冻土力学、数值传热学、高等土力学及土动力学等基本理论,建立了北方寒冷地区水渠的水-热-动力耦合数学模型,并编制了相应的数值分析程序。最后,以北方寒冷地区某一监测输水渠道为例,对修建后第10年水渠在地震荷载作用下的2个典型时期的地震动力响应问题进行了数值分析。结果表明,当发生地震时,水渠加速度呈显著季节差异,渠底和渠顶加速度在温度环境最低时(1月15日)最大值分别为1.160、1.476 m/s~2,在温度环境最高时(7月15日)其最大值分别为1.360、1.785 m/s~2;水渠速度无显著差异,渠底和渠顶的水平速度在1月15日最大值分别是0.145和0.149 m/s,7月15日其最大值分别是0.146和0.150 m/s;在地震结束后,水渠发生残余位移并呈倾斜分布,渠堤出现较大的相对位移,7月15日水渠最大位移为5.6 cm。该研究成果可为北方寒冷地区同类型工程的设计与维护提供参考。 相似文献
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多花木蓝根系与土体界面摩阻特征 总被引：2，自引：1，他引：1
为研究灌木植物根系的固土护坡力学效应,探讨根系与土体间相互作用的特性。以多花木蓝为供试植物,进行植物根系切片并计算根系的表面凹凸度,选取0~0.5,0.5~1.0,1.0~1.5,1.5~2.0mm 4种粒径的粉质黏土,在不同的土体含水率和根径条件下,制备根土复合体扰动试样,进行单根抗拔摩阻试验和直剪摩阻试验,探讨土体含水率、植物根径以及土体粒径对根土界面摩阻特性的影响。结果表明:多花木蓝根系的表面凹凸度随根径变化无显著性差异,根系的拉拔剪应力集中在17.36~32.76kPa,而根土界面的摩擦系数为0.10~0.20;根系拉拔剪应力和根土界面摩擦系数随土体粒径和土体含水率的增加逐渐下降;土体含水率和土体粒径愈低,根系形态特征对根系的拉拔剪应力和根土界面摩擦系数的影响愈显著。研究结果对分析根土界面摩阻特性的影响因素,以及利用灌木植物提高边坡土体结构稳定和防治水土流失、土壤侵蚀等地质灾害具有重大的指导意义。 相似文献
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Estimation of runoff critical shear stress for soil erosion from soil shear strength 总被引：4，自引：0，他引：4
Critical shear stress is an important soil parameter governing detachment by runoff which appears in numerous erosion models. Soil shear strength has been often presented as the best soil property to predict critical shear stress. However, only a few studies have documented the relationship between soil shear strength and critical shear stress, and the results obtained have sometimes seemed contradictory. This is why we have put together all available data about the relationship between critical shear stress and soil shear strength in order to analyse and discuss its significance and its generality. Results showed that contradictions between different studies mainly arise because total shear stress is a poor predictor of detachment on rough soils. When grain shear stress is used rather than total shear stress, a significant relationship between saturated soil shear strength and critical shear stress does exist. Soil shear strength may thus be used to predict critical grain shear stress. However, it is recalled that in general only total shear stress is predicted by erosion models, which makes detachment predictions difficult on rough natural soils. 相似文献
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Soil rheology characterises the flow behaviour of soils at the particle-particle to aggregate scale. Amplitude sweep tests (ASTs) are often the method of choice for parameterizing soil flow properties, such as the shear strain values at the end of the linear viscoelastic range (i.e., the deformation is mainly elastic) and at the yield point (i.e., elastic equals plastic deformation). Samples from seven soil profiles and five soil depths of Chernozems, collected in the Maidanetske study area, clo... 相似文献
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山区浅层水流深度极浅且移动缓慢,降雨条件下其泥沙输移现象尚不明确。为探明受到降雨影响下的浅水河流均匀沙起动问题,该研究假设雨滴落入河道后会影响到整个水流区,形成雨滴群与水流混合的流体,从孔隙介质流理论入手,假设当降雨存在时床面泥沙颗粒增加了向上的附加力,进一步分析泥沙颗粒的受力情况,推导出层流水流泥沙颗粒起动关系表达式。从含沙水流流速分布规律得到启发,雨滴落入层流水流的状态类似于含沙水流,当降雨存在时层流水流流速分布仍然满足线性关系。利用无降雨泥沙起动经典试验数据,确定了拖曳力系数以及上举力系数,发现两者都是沙粒雷诺数的函数。利用已有研究的降雨实测数据,求出了8种降雨强度(0.254～152.4mm/h)下的雨滴直径分布概率密度表达式(R~2=0.998),进而求出雨滴的平均直径表达式,并给出受降雨影响的层流水流泥沙颗粒起动切应力计算模型。该研究模型表明降雨的存在使得泥沙起动所需的临界摩阻流速减小。通过与已有研究进行对比分析,该研究建立的受降雨影响的浅水泥沙颗粒起动计算公式具有最高的精度,平均误差仅为14.8%,能够为山区水沙灾害防治提供理论支撑。 相似文献
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黄土坡面细沟水流剪切力及其侵蚀效应研究 总被引：1，自引：0，他引：1
采用具有定流量人工放水的组合小区模拟降雨试验方法,对黄土坡面细沟水流剪切力及其侵蚀效应进行了试验研究。结果表明:(1)细沟水流切应力随径流历时的变化,各雨强条件均表现出增大趋势,可用线性方程很好地描述,增大速率在产流6min之后略有减小。(2)细沟水流切应力随径流历时的变化,不同坡度下也不断增大,可用直线方程进行描述,产流过程中变化趋势较为一致,其中两个大坡度下增加速率较小坡度下稍大,产流12min以后更大。(3)坡面细沟水流平均切应力随雨强增大而增大,可用对数方程描述。随坡度增加而迅速增大,可用幂函数方程描述。随雨强及坡度的变化可用二元幂函数方程描述。(4)不同雨强及坡度下,细沟侵蚀率随细沟水流切应力的增大而增大,可用线性方程描述。研究表明,细沟水流剪切力具有显著的侵蚀效应,是产生细沟侵蚀的重要水力学参数和水动力学根源。 相似文献
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揭示降雨作用下坡面红土起动的影响因素,建立降雨作用下坡面红土起动条件,为深入研究云南红土坡面侵蚀提供参考。根据红土特性,结合降雨作用下坡面红土的侵蚀过程和现象,采用模型试验及力学模型相结合的研究方法。结果表明:(1)降雨作用下坡面红土侵蚀主要呈现溅蚀和结皮2种现象。(2)红土黏聚力对坡面红土颗粒起动有阻碍作用,且抗剪强度越大,坡面红土颗粒起动的临界切应力也越大。降雨及孔隙水压力对坡面红土颗粒起动有促进作用,且雨滴密度与雨滴终速越大,降雨的影响也越大;红土颗粒粒径越大、雨滴直径与水深之比越小,降雨的影响也越小。(3)建立了坡面红土颗粒在联结和松散状态下起动的临界切应力计算公式。降雨作用下坡面红土颗粒起动的临界切应力与红土颗粒粒径大小、抗剪强度以及降雨雨滴特性、坡面径流特性密切相关。松散状态的坡面红土颗粒在降雨作用下只需很小的径流切应力即可起动。 相似文献
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[目的] 为探讨柔性植被倒伏后形成的近地表覆盖减少径流和侵蚀量及调节地表径流水力特性的影响。[方法] 以流体力学和水力学基本理论为依据,通过5个覆盖度、5个坡度和3个流量组合的条件下进行室内放水试验,系统研究柔性植被倒伏下的侵蚀规律以及水动力学特征。[结果] (1)侵蚀量分布随坡度增加呈先上升后下降趋势,流量在高坡度下对侵蚀过程的影响更为显著;(2)随着柔性植被覆盖度增加,以50%覆盖度为分界线,侵蚀量基本呈先降低后增加趋势;(3)平均流速v随覆盖度增加而减小,下降趋势随覆盖度增加由急变缓,Fr变化趋势与平均流速相似;阻力系数f与覆盖度呈线性正相关,随坡度升高,阻力系数值逐渐降低;而雷诺数Re对土壤侵蚀的影响比Fr、v和f更敏感。(4)随着植被覆盖度增加,形态剪切力增大(颗粒剪切力减小),形态剪切力在总剪切力的变化中起决定性作用,总剪切力与植被覆盖度呈正相关。[结论] 柔性植被倒伏后形成的近地表覆盖可减少土壤侵蚀,研究可为坡面流植被侵蚀规律奠定一定的理论基础,促进明渠水力学理论在坡面水流方面的扩展。 相似文献
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聚丙烯酰胺对扰动红壤可蚀性及临界剪切力的影响 总被引：6，自引：4，他引：2
为了利用化学措施防治工程水土流失,研究了聚丙烯酰胺（PAM）对扰动红壤土壤可蚀性及临界剪切力的影响。采用室内人工模拟降雨试验,探讨了5o、10o、15o、20o、25o 5种坡度,0.8、1.1、1.4 mm/min 3种雨强下不同土壤处理后坡面水动力学参数、径流输沙率与流量、土壤可蚀性及临界剪切力的变化关系。试验结果表明,在相同的径流流量下,对照的输沙率是施加PAM后的300倍;施加PAM后,红壤扰动土的可蚀性由13.223 g/(min·N)降低到0.2693 g/(min·N),径流的临界剪切力大小由0.77 N/(m2·min)增加到1.47 N/(m2·min)。施加PAM可显著降低土壤可蚀性,增加径流临界剪切力。研究成果为PAM应用于工程水土流失防治提供了一定的理论依据。 相似文献
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径流剪切力是建立土壤侵蚀过程模型重要的水动力学参数,研究径流剪切力和土壤侵蚀产沙相关关系具有重要理论和实践意义。以径流冲刷模拟试验为研究手段,研究不同流量和不同坡度组合条件下坡面侵蚀过程中径流剪切力的分布特征,并对应分析土壤剥蚀率与各阶段径流临界剪切力的相关关系。结果表明:不同试验条件下,坡面侵蚀发育各阶段径流剪切力和土壤剥蚀率随冲刷流量的增加而增加,随小区坡度的变化受临界坡度影响;土壤剥蚀率与放水流量、坡度和径流剪切力等多因子呈线性相关,与流量或坡度的大小呈正比,与径流剪切力的大小呈反比;土壤剥蚀率与各径流剪切力单因子呈幂函数或指数函数相关,随径流剪切力的增加呈增加趋势;坡面产生跌坎时的临界剪切力和坡面径流平均剪切力均可以作为土壤侵蚀预测参数。 相似文献
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基于两种计算模型的油松与元宝枫根系固土效能分析 总被引：1，自引：0，他引：1
[目的]定量分析北方常见植物(油松、元宝枫)根系对提高土壤抗剪能力的作用,为更好地评价植物根系固土效能提供理论基础。[方法]选取不同根系面积比(RAR)的油松(Pinus tabulaeformis)根土复合体、元宝枫(Acer truncatum)根土复合体及素土分别进行了不同垂直压力下的直剪试验,得出了油松根土复合体、元宝枫根土复合体及素土的抗剪强度增量。并通过根系的拉伸试验测定了植物根系的抗拉强度,同时使用Wu的根土复合体模型和Pollen的纤维束模型对抗剪强度增量进行模拟并与实际测定的抗剪强度增量进行对比分析。[结果](1)根系主要通过增强土壤的黏聚力来增强土壤的抗剪切强度;(2)植物根系抗拉强度、拔出强度与根系直径都符合幂函数关系,抗拉强度和拔出强度大小存在阈值,根系大于2mm时,根系拔出强度小于根系抗拉强度,小于2mm时则反之;(3)Wu的根土复合体模型高估植物根系固土效果值平均为26.81%,而纤维束模型对根系提高土壤抗剪强度则平均高估9.82%。[结论]相对于Wu模型,纤维束模型对土壤的固土效果的计算更为准确。 相似文献