降雨条件下崩岗侵蚀实验及水分迁移数值模拟研究

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1、分类号：：密级ＵＤＣ：学号：４１６０１４６１５０６０南昌大学专业学位硕士研究生＇学位论文降雨条件下崩岗侵蚀实验及水分迁移数值模拟研究ＳｔｕｄｏｎＣｏｌｌａｓｅＥｒｏｓｉｏｎＥｘｅｒｉｍｅｎｔａｎｄＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｙｐｐＷａｔｅｒＭｉｒａｔｉｏｎｕｎｄｅｒＲａｉｎｆａｌｌＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓｇ罗佳培养单位（院、系）：建筑工程学院指导教师姓名、职称：刘伟平副教授专业学位种类：工程硕士专业领域名称：建筑与土木工程’１论文答辩日期：２０８年５月２６日答辩委员会主席：评阅

2、人：＾２０１８年５月２６日声明和授权书本文得到国家自然科学基金资助项目(项目批准号：51468041)资助摘要摘要崩岗小规模存在于我国南方地区，是一种严重的水土流失形式。本文以江西省赣州市于都县花岗岩残积土为研究对象，通过一种可以改变坡度的降雨装置，研究降雨条件下花岗岩残积土侵蚀及土壤水分迁移的过程；探究短时间强降雨情况下，不同坡角崩岗的演变过程。模型实验根据土壤中体积含水率、孔隙水压力、润湿锋在土壤中的变化规律，总结花岗岩残积土崩岗的内在机理。本文还利用Hydrus-3D数值模拟软件对实验结果进行进一步论证，研究的成果可对崩岗的预防作出参考。本文主要的研究

3、成果如下：(1)降雨模型实验前期，笔者通过查阅江西省统计局、国家统计年鉴等资料，对比分析了江西省和于都县的年平均降雨量及温度，发现于都县年平均温度为20摄氏度左右。其年平均温度高于江西省的年平均温度，这种气候适合崩岗的发育与形成，所以于都县是江西省内崩岗的重灾区。通过统计发现15年来江西省年平均崩塌比例约为27.3%，崩塌给全省带来了不可忽略的经济损失。(2)根据实验需求，设计研发了一种可以改变坡角的实验装置和实验方法，降雨模型实验装置主要分为主体模型槽；顶部降雨装置；数据采集装置和雨水收集装置。(3)通过单个降雨模型实验，发现坡底的侵蚀速率>坡中>坡顶。切沟侵蚀使

4、土块悬空，重力作用使土快周围产生纵横向裂隙导致土块崩塌。侵蚀过程从沟底开始，层层崩塌，向沟头发展。对比三个实验的崩塌情况可以发现土体并非饱和后破坏，含水率在30%～40%时为花岗岩残积土崩塌预警值。(4)通过模型实验过程可以发现，雨水对坡面的侵蚀过程可以概括为雨滴溅蚀→浸蚀→汇积侵蚀→切沟侵蚀→剥离崩塌。平坡破坏形态为条形崩岗，而斜坡破坏形态为瓢形崩岗。随着降雨时间的持续，平坡破坏形式向瓢形崩岗发展。本文实验崩岗形态符合经典崩岗形态系统图。(5)缓坡的土体润湿峰一般分为两个阶段，分别为快速润时期和稳定期。陡坡的土体润湿峰一般分为三个阶段，分别为快速润时期、停滞期和稳

5、定期。快速增长期的时间在1～1.5小时之间。坡度越缓，积水效应越好，土体含水率增长越快，但崩塌速度越慢。I摘要(6)Hydrus-3D可以很好的模拟降雨条件下边坡水分迁移的过程，模拟结果与实验结果基本吻合。关键词：崩岗侵蚀；人工降雨；花岗岩残积土；模型实验；水分迁移；Hydrus-3D；数值模拟；预警值IIAbstractABSTRACTThecollapseofthesmall-scaleexistenceinsouthernChinaisaseriousformofsoilerosion.Thispapertakesthegraniteresidualsoilo

6、fYuduCounty,GanzhouCity,JiangxiProvinceastheresearchobject,througharainfalldevicethatcanchangetheslope,tostudytheprocessofresidualsoilerosionandsoilmoisturemigrationunderrainfallconditions;Theprocessofthecollapseoftheslopeatdifferentslopeangles.Modelexperimentsbasedonthevolumetricwater

7、contentinthesoil,porewaterpressure,wettingfrontinthesoilinthelawofchangeinthelawoftheevolutionofgraniteresidualsoilcollapsingtheintrinsicmechanism.ThisarticlealsousestheHydrus-3Dnumericalsimulationsoftwaretofurtherdemonstratetheexperimentalresults.Theresearchresultscanbeusedasarefere