边坡足尺模型试验人工模拟降雨装置的设计与参数率定

针对边坡足尺模型试验研究所需的降雨特点,设计了一种可循环、可移动式的人工模拟降雨装置。该装置采用3种规格不同的旋转下喷式喷头,通过调节供水管道压力和启闭不同类型的喷头,实现不同降雨强度、不同历时的人工模拟降雨过程。降雨特性参数率定试验结果表明:该装置可实现降雨强度为10.4～256.8 mm/h的模拟降雨,此范围内的降雨均匀度能保持在80%以上,雨滴直径范围为0.1～4.8 mm,雨滴终点速度可达2.0～2.9 m/s。该装置能产生与天然降雨相似度较高的人工模拟降雨,可用于边坡模型试验。     

人工模拟降雨条件下坡面侵蚀特性的模型试验研究

工程斜坡体水土流失主要由水力侵蚀的导致,为研究土壤侵蚀的水动力过程,通过足尺模型试验,人工模拟降雨条件下不同降雨强度和坡度对坡面侵蚀特征的影响。试验结果表明,坡度由15°增大至53°、降雨强度由50 mm/h上升至100 mm/h时:①坡面初始产流时间减小,径流强度曲线以指数型增长,坡度与径流强度成负相关,这是由于雨滴打击作用致使降雨初期径流强度缓慢增长,后快速增大至峰值;②由于径流作用,径流含沙量前阶段出现短时间减小,随后恢复增大趋势,且降雨强度和坡度增幅越明显,径流含沙量越大,两者交互作用大于单指标对径流含沙量的影响程度,这是由于雨滴击溅作用加强了水流对泥沙的迁移能力,进而增大了径流含沙量,且产沙量与径流量的关系密切,径流强度直接影响产沙量的大小,两者的增长趋势成正相关;③坡面侵蚀最先产生细沟,细沟侵蚀导致产沙量快速增加,随着降雨历时的推移,侵蚀类型最终发展为浅沟、切沟,并成为侵蚀产沙的主要方式,这是由于雨滴打击作用促进了侵蚀沟的发育,增强了径流对颗粒的分选能力,从而增加了细粒土的流失。