黄土边坡降雨冲刷试验及颗粒流模拟

摘要：

为了研究公路工程中黄土边坡的冲刷破坏特征及演化机制,以辽宁西部黄土边坡为研究对象,进行边坡冲刷破坏的室内物理模型试验;监测降雨过程中边坡土体的含水率,分析其雨水入渗规律;以试验为基础,基于水-土耦合理论,借助三维颗粒流程序PFC3D对边坡降雨冲刷过程进行模拟,得到冲刷破坏过程中边坡不同部位土体孔隙率、水流流速、颗粒平均运动速度的分布及变化过程.研究结果表明:在降雨过程中坡脚的浸润范围明显大于其他部位,且这种趋势随着降雨的进行愈发明显;坡面冲刷破坏的演变过程可归结为溅蚀、片蚀→细沟冲蚀→切沟冲蚀→坍塌,坍塌过程由坡脚向上发展,呈牵引式破坏特征,直至边坡完全破坏;随着冲刷的进行,颗粒流失从坡顶到坡脚呈增加趋势,从坡顶到坡脚水流速度呈增大趋势,伴随着单元内颗粒的滑动,流速曲线局部出现峰值,各流体单元内颗粒运动速度的变化特征与水流流速的变化特征相似.颗粒流模拟获得的参数反映出降雨过程中水流侵蚀能力及土体侵蚀强度在坡体内的分布特征:从坡项到坡脚的水流侵蚀能力呈递增趋势,坡脚处侵蚀破坏最为严重,模拟结果与室内模型试验结果基本吻合,可从细观层面对模型试验做出补充.

关键词：道路工程、黄土边坡、冲刷侵蚀、水-土耦合、三维颗粒流

所属期刊栏目：37

分类号：U416.169(道路工程)

资助基金：国家自然科学基金项目40972171,51378072;中央高校基本科研业务费专项资金项目310821161023,310821162012

在线出版日期：2018-01-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：1-8