过剪应力模型和Wilson模型的冲蚀参数研究

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土体的冲蚀特性研究对于河道海岸、土石坝的设计与安全有重要的意义。常用过剪应力模型和Wilson模型来预测土体的冲蚀特性,模型参数通常采用试验数据拟合得到,但在事故现场,试验时间较长,难以满足需求,就需要对模型参数进行一步研究,提出一种快速的冲蚀模型参数确定方法。本文采用冲蚀函数测定仪开展了三种重塑黏性土在40、60、80、100k Pa的固结压力条件下进行抗冲蚀试验。并且按照土工试验规范,测得试样的土体的含水量、重度和粘聚力。基于试验数据,分析了不同黏性土冲蚀参数的相关性,以及土体物理力学参数对冲蚀参数的影响。结果表明两个模型的冲蚀参数之间存在较好的相关性,从而简化了冲刷速率模型,使分析变得更为容易。冲蚀参数均与含水量、重度和粘聚力呈线性关系,但不同黏性土的斜率和常数项存在较大差异。从技术报告、国内外期刊收集数据,与作者开展的室内试验总结了包含279组冲蚀试验数据的数据库。并根据土的统一分类系统(Unified Soil Classification System)将数据分为粗、细颗粒土两类。通过对数据进行相关分析和回归分析得出了冲蚀参数与土性参数的关系式,根据关系式的拟合优度(R2、MSE)、可信度(Fvalue/Fstatistic)和泛化能力(10折交叉检验)进行筛选,得出粗、细颗粒土冲蚀参数与土性参数的回归方程。并给出了两个模型冲蚀参数与土体物理力学参数的相关性。根据土的统一分类系统将数据库细分为黏土、粉土(细粒组含量≥50%并且粗颗粒含量≤25%,若PI≥0.73(w L-20)且PI≥7,为黏土,若PI<0.73(w L-20)且PI<4,为粉土)、砂类土(砾类组含量≤50%)和砾类土(2mm≤d≤60mm,砾类组含量>50%),总结各类土体冲蚀参数的数据,得到了相应的冲蚀参数范围。并基于前人给出的Wilson模型中冲蚀参数b0和b1的公式,理论推导得到的黏土、粉土、砂类土和砾类土的冲蚀参数b0和b1最大值与本文数据库总结得到的最大值基本一致。并将黏土进一步细分为高塑性黏土(CH:PI≥0.73(w L-20),PI≥7 and w L≥50)和低塑性黏土(CL:PI≥0.73(w L-20),PI≥7 and w L<50),并给出了相应的冲蚀参数范围。
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