波浪作用下软质海崖侵蚀过程研究

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海崖侵蚀是国内外科学家和工程师所关注的热点,目前研究大都集中在海崖侵蚀速率和灾害特征的调查上,对于海崖侵蚀过程和机制鲜有研究。软质海崖在福建省沿岸分布甚广,本文以福建省内典型软质海崖侵蚀区域—平潭岛东北部流水镇境内白土捏岸段为主要研究区域,通过现场调查软质海崖土体的工程特性和侵蚀特征,在室内进行静水崩解试验和波浪侵蚀模拟试验,并利用数学几何模型分析方法研究软质海崖侵蚀过程以及海蚀槽的发育对软质海崖稳定性的影响,研究成果对海崖保护以及海崖侵蚀防护等方面具有重要的参考意义。本文主要工作及成果如下:  1.利用激光技术,对研究区内典型海崖剖面进行长时间监测研究,通过监测得到软质海崖在实际情况下侵蚀速率和侵蚀距离变化随季节变化而变化,其中春季和冬季侵蚀速率和侵蚀距离较小,且春季高于冬季,夏秋季侵蚀发生则十分严重,夏季侵蚀速率均在6mm/d,较之其冬季侵蚀速率均在7倍以上,夏末秋初的侵蚀距离可占全年侵蚀距离的55.5%以上;海崖侵蚀分为两种形式,一种为崖体大规模侵蚀,另外一种为缓慢侵蚀。在海崖侵蚀过程监测中,可知海崖侵蚀阶段分为自稳、发育、破坏和水力搬运四个阶段,其中破坏阶段持续时间最短,且直接造成海崖侵蚀。  2.海崖土体在水环境下崩解是海崖侵蚀的重要机制之一,利用自制新型崩解仪,并对不同条件(包括不同细粒含量、含水量、压实度)的花岗岩风化残积土在不同溶液浓度条件下进行崩解试验,通过正交实验得到各因素对花岗岩风化残积土崩解速率影响大小依次为:含水量>压实度>溶液浓度>细粒含量;花岗岩风化残积土崩解过程可分为吸水阶段、表层崩解阶段、主体崩解阶段以及残余崩解阶段四个阶段;通过换算可知由于崩解而产生的侵蚀距离占在现场海崖侵蚀总距离中的2%-8%。  3.波浪动力作用是造成软质海崖侵蚀的主要诱因,利用自制造波机与水槽对软质海崖侵蚀过程进行室内模拟试验。试验模拟不同波浪速率、不同边坡角度以及不同水位等对海崖侵蚀量与侵蚀速率的影响,并分析了崖前岸滩对海崖侵蚀的影响。通过试验得到海蚀槽在波浪冲击作用下多为V型海蚀槽,在重力与摩擦力作用下逐渐转变为 C型海蚀槽;波浪速率与水位对海崖侵蚀的影响最大;海崖侵蚀速率正比于波浪速率、崖前水位高度、海崖坡度;同时也观测到崖前岸滩发育速率与波高成正比,与波浪周期成反比,且其对海崖的侵蚀起到良好的防护作用。利用波浪力和土体极限承载力计算方式,得到海崖在波浪作用下发生破坏的极限波高计算方法,应用该方法对试验区典型海崖进行验算,得到试验区所有软质海崖均处于侵蚀阶段。  4.利用数学几何模型对发育有两种型态海蚀槽海崖的稳定性进行分析,给出安全系数计算公式此处公式省略。并利用该公式得到海蚀槽发育极限深度计算方法,并对试验区内七个剖面进行验算。通过分析验算结果可知,C型海蚀槽极限深度略大于 V型海蚀槽极限深度。在极端天气条件下,V型海蚀槽侵蚀更接近实际情况,且对于海崖高度7m以上海崖计算结果更为可靠。
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