發(fā)布時間：2017-10-27 15:33

  本文關(guān)鍵詞：基于正交設(shè)計的細溝侵蝕室內(nèi)模擬試驗研究

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【摘要】：細溝侵蝕是坡面土壤侵蝕的主要方式之一,坡面上一旦出現(xiàn)細溝侵蝕現(xiàn)象,侵蝕量會成倍甚至數(shù)十倍的增加,因此,細溝侵蝕的研究一直是坡面土壤侵蝕研究的重要內(nèi)容。目前,國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者已對細溝侵蝕產(chǎn)沙過程、產(chǎn)沙機理以及侵蝕影響因素進行了大量的研究,并取得了一大批成果。但這些成果大多是建立在以試驗為基礎(chǔ)的定性分析上的,且不同的學(xué)者、不同的試驗方法和不同的水力學(xué)參數(shù)得出的結(jié)果不盡相同。本文采用正交試驗設(shè)計思路,應(yīng)用相似理論,建立了碎石土沖刷槽試驗比尺模型,通過分析細溝侵蝕影響因子,研究了坡面由片蝕至細溝侵蝕整個過程中坡面流水力學(xué)特征變化規(guī)律以及細溝侵蝕演化規(guī)律,建立了細溝侵蝕模型。主要研究結(jié)論如下:(1)坡面流速是非常重要的水力學(xué)參數(shù)之一,流量和坡度是平均流速特別顯著的影響因素。隨著流量和坡度的增大,平均流速逐漸增大,但是流量對流速的貢獻大于坡度對流速的貢獻。(2)土壤侵蝕量與跌穴發(fā)育存在密切關(guān)系,跌穴平均深寬乘積能夠更好的反映土壤侵蝕規(guī)律。土壤侵蝕量的主要影響因素由大到小依次是時間、流量、坡度和坡面形態(tài),其中,時間和流量是影響坡面侵蝕量的特別顯著因素,侵蝕量隨著時間、流量以及坡度的增大而增大,起伏的坡面有利于土壤侵蝕。(3)坡面細溝流屬于急流的范疇,弗勞德數(shù)的變化范圍在0.95-1.57之間,雷諾數(shù)的變化范圍在900-6500之間。當(dāng)坡面流速較小時,坡面流更接近于層流,但隨著流速的增大,雷諾數(shù)迅速增大,坡面流轉(zhuǎn)化為紊流。弗勞德數(shù)和雷諾數(shù)均隨著平均流速的增大顯著增大。流量和坡度是影響弗勞德數(shù)和雷諾數(shù)的兩個重要因素,流量的影響大于坡度的影響。(4)細溝演化過程實際上是坡面跌穴發(fā)育過程。流量、坡度、時間以及坡面形態(tài)對坡面跌穴的發(fā)育均有影響,但最主要的因素為沖刷時間和坡面形態(tài),沖刷時間越長、坡面起伏度越大,流量越大,有利于坡面跌穴的形成;坡度越大,越不利于跌穴的形成。坡面起伏度越大,跌穴在坡面發(fā)育的范圍越廣。依據(jù)跌穴發(fā)育特征,將細溝侵蝕分為片蝕階段、細溝雛形階段、細溝發(fā)育階段以及細溝調(diào)整階段四個階段。在細溝演化過程中,片蝕階段和細溝雛形階段相對短暫,而細溝發(fā)育階段在細溝演化過程中占有重要地位,持續(xù)時間最長。(5)建立了細溝侵蝕模型,細溝侵蝕的臨界條件為坡面水深。細溝水深隨著流量、溝壁坡度的增大而增大,隨著坡面坡度的增大而減小;流速均隨著流量和坡度的增大而增大。坡面流可搬運土粒的直徑隨著坡面坡度、溝壁坡度以及細溝流量的增大而增大,隨著內(nèi)摩擦角增大而迅速減小。(6)當(dāng)侵蝕速率大于零時,坡面侵蝕能力隨著坡度的增大而增大;當(dāng)侵蝕速率小于零時,坡面抗侵蝕能力隨著坡度的增大先增大后減小,存在一個臨界坡度θm,臨界坡度一般在7°-24°之間,受內(nèi)摩擦角的影響顯著,隨著內(nèi)摩擦角的增大而增大。(7)提出了坡面細溝侵蝕啟動流速公式,啟動流速與床面顆粒粒徑關(guān)系密切,顆粒越大,啟動流速越大。
【關(guān)鍵詞】：細溝侵蝕 水槽試驗 正交試驗 啟動流速 侵蝕量 跌穴
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S157
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-21
• 1.1 選題背景及意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究進展12-18
• 1.2.1 細溝侵蝕影響因子研究12
• 1.2.2 細溝流水力學(xué)特性研究12-15
• 1.2.3 細溝流侵蝕動力特性研究15-16
• 1.2.4 細溝侵蝕臨界條件研究16-17
• 1.2.5 國內(nèi)外坡面細溝侵蝕研究存在的問題17-18
• 1.3 研究目標(biāo)與內(nèi)容18-19
• 1.3.1 研究目標(biāo)18
• 1.3.2 研究內(nèi)容18-19
• 1.4 研究方案19-21
• 1.4.1 研究方法19
• 1.4.2 技術(shù)路線19-21
• 第二章 正交試驗設(shè)計21-34
• 2.1 正交試驗簡介21
• 2.2 正交試驗設(shè)計21-23
• 2.3 物理模型設(shè)計23-34
• 2.3.1 模型比例尺的選擇25-30
• 2.3.2 模型的制作與調(diào)試30-34
• 第三章 試驗結(jié)果分析34-52
• 3.1 流速分析34-42
• 3.1.1 流速直觀分析34-37
• 3.1.2 流速正交分析37-40
• 3.1.3 流速方差分析40-42
• 3.2 侵蝕量分析42-45
• 3.2.1 侵蝕量正交分析42-44
• 3.2.2 侵蝕量方差分析44-45
• 3.3 坡面流動力特征分析45-50
• 3.3.1 坡面流流態(tài)特征45-46
• 3.3.2 弗勞德數(shù)分析46-48
• 3.3.3 雷諾數(shù)分析48-50
• 本章小結(jié)50-52
• 第四章 坡面細溝演化規(guī)律研究52-63
• 4.1 跌穴的形成及發(fā)育特征52-57
• 4.2 細溝的演化過程分析57-59
• 4.3 跌穴與侵蝕量的關(guān)系59-62
• 本章小結(jié)62-63
• 第五章 坡面細溝侵蝕機理研究63-72
• 5.1 細溝侵蝕概化模型63-64
• 5.2 單顆粒起動分析64-66
• 5.3 土塊的起動分析66-67
• 5.4 侵蝕速率與臨界坡度67-69
• 5.5 坡面顆粒起動流速69-71
• 本章小結(jié)71-72
• 第六章 結(jié)論72-75
• 6.1 主要結(jié)論72-73
• 6.2 研究展望73-75
• 參考文獻75-80
• 在學(xué)期間的研究成果80-81
• 致謝81

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本文編號：1104146