【摘 要】
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精确估算径流挟沙力(Tc)是模拟细沟侵蚀过程的关键,砾石组成影响泥沙颗粒的级配,进而影响细沟径流挟沙力,但砾石组成对挟沙力的影响机制尚不清楚。本试验以崩岗崩积土为研究对象,采取室内定床径流冲刷试验,通过设置坡度(S)(10°~40°)、单宽流量(q)(1.11×10-3m2/s、2.22×10-3m2/s、3.33×10-3m2/s、4.44×10-3m2/s)及砾石质量含量为30%条件下的砾石组
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精确估算径流挟沙力(Tc)是模拟细沟侵蚀过程的关键,砾石组成影响泥沙颗粒的级配,进而影响细沟径流挟沙力,但砾石组成对挟沙力的影响机制尚不清楚。本试验以崩岗崩积土为研究对象,采取室内定床径流冲刷试验,通过设置坡度(S)(10°~40°)、单宽流量(q)(1.11×10-3m2/s、2.22×10-3m2/s、3.33×10-3m2/s、4.44×10-3m2/s)及砾石质量含量为30%条件下的砾石组成(5~10mm与2~5mm粒径的砾石质量比为1∶9、3∶7、5∶5、7∶3、9∶1),研究砾石组成对崩积体坡面细沟径流挟沙力的影响,解析不同砾石组成条件下径流输沙的水动力过程,厘清挟沙力与水动力学参数的关系。结果与分析如下:
(1)径流挟沙力随流量的增大呈线性函数增大,随坡度的增大呈幂函数增大,随平均重量直径(MWD)的增大呈指数函数增大;径流挟沙力模型为:Tc=24536.38S0.18q0.78MWD0.63,流量是影响挟沙力的主要因子,其次是MWD,坡度的影响最小。
(2)水流流速、弗罗德数、单位水流功率随着MWD的增大而减小,而水流水深、雷诺数、阻力系数、水流剪切力、水流功率随着MWD的增大而增大;雷诺数的增加,即径流的紊乱程度增大,造成径流的搬运能力增强,能够携带更多的泥沙。
(3)不同砾石组成下,挟沙力随雷诺数、弗罗德数、水流剪切力、水流功率、单位水流功率的增大呈线性函数增大,而随流速的增大呈幂函数增大;经过模拟验证,本试验的细沟径流输沙的水动力学模型为:Tc=0.08ω+1.93,在没有综合水动力学参数的时候,可选择流速表征挟沙力,其模型为:Tc=4.49v1.28。
研究结果对于深化挟沙力与泥沙特征关系的认识,崩岗崩积体侵蚀模型的构建,以及土石混合物坡面侵蚀理论的完善具有重要的理论和现实价值。
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