發(fā)布時間：2019-03-15 19:49

【摘要】：崩崗侵蝕是我國南方熱帶、亞熱帶花崗巖丘陵地區(qū)最主要的特有的侵蝕類型。由于花崗巖風化殼土層深厚,土體質地粗,結構疏松,并伴隨有大量的節(jié)理和裂隙發(fā)育,力學特性不穩(wěn)定,各層次的巖土特性差異明顯。因此該區(qū)域崩崗分布廣泛,數量多,大規(guī)模的侵蝕過程造成該地區(qū)嚴重的水土流失,對農田、水利設施等造成了嚴重的危害。開展崩崗土體的巖土特性及其與崩崗崩壁穩(wěn)定性關系研究,對進一步深入理解崩崗失穩(wěn)機理以及對崩崗的治理有重要的意義。本文分別選取湖北通城縣(TC)、江西贛縣(GX)、福建安溪縣(AX)與廣東五華縣(WH)四縣的崩崗密集分布區(qū)的一處典型崩崗,以崩壁剖面的表土層、紅土層、砂土層和碎屑層作為研究對象,根據各層次的土層厚度,每個層次設置1-3個采樣點,其中通城縣崩崗采集6個亞層次(無碎屑層),其他三地的崩崗采集了8個亞層次。通過野外調查與資料收集以及室內土體分析相結合,分析了崩崗分布區(qū)的環(huán)境特征。分析了不同土層的基本理化性質、粒徑分布、崩解特性、入滲特性以及不同水分條件下的抗剪強度。揭示崩崗侵蝕成因的物質基礎以及崩崗土體崩解機理和入滲特性對崩壁穩(wěn)定性的影響機理,探討不同水分條件下崩崗土體的抗剪強度衰減機制以及崩塌臨界高度和穩(wěn)定安全系數。得到相關研究結果如下:(1)緯度越低,崩崗數量越多,崩崗侵蝕面積逐漸增加,單個崩崗平均面積以及崩崗密度也在增加。緯度越低,混合型崩崗數量占各區(qū)調查數量的比例呈現增加的趨勢,活動型崩崗數量所占的比例急劇增加�？傮w上表現為緯度越低崩崗侵蝕越嚴重。同時緯度越低崩崗侵蝕區(qū)植被也越稀疏,喬木層主要以馬尾松疏林為主,林下植被四個地方則均以鐵芒萁為主。(2)崩崗的砂土層和碎屑層的粗顆粒含量高,細顆粒含量低,而表土層和紅土層則表現相反。隨著風化程度的減弱(從表土層到碎屑層),四個崩崗的各粒級的含量變化趨勢相同,特別是砂粒含量的變化以及粘粒含量的變化。隨土層的加深,通城縣、贛縣和五華縣崩崗的不同土層的分形維數值呈現下降的趨勢,分別從2.85到2.72,2.88到2.73以及2.85到2.72,但安溪縣崩崗的紅土層有最高值(2.91),然后下降到2.67(碎屑層)。一元線性回歸和二次線性回歸結果表明分形維數與2.0-1.0mm、1.0-0.25mm、0.25-0.05mm以及1.0-0.05mm的顆粒含量都呈現極顯著的負相關關系(P0.01),與0.002mm的顆粒含量則呈現極顯著的正相關關系(P0.01)。(3)崩崗的砂土層和碎屑層容易發(fā)生崩解,而表土層和紅土層的崩解指數(Kc)值較高則不易發(fā)生崩解。風干狀態(tài)下的土體較天然狀態(tài)下的土體容易發(fā)生崩解。崩解指數(Kc)值與0.002mm的粘粒含量呈極顯著的正相關關系(P0.01),與其他粒級的顆粒含量之間則呈負相關。探討了崩崗不同土層在不同水分差異下的崩解機制以及不同粒徑分布差異下的崩解機制。在較低含水量情況下,崩崗土體遇水后內部孔隙氣壓力的作用是導致土體崩解的主要原因;而在不同粒徑分布差異下,粘粒含量以及有機質等膠結物質的含量則控制著土層的崩解過程,膠結物質越少,崩解速度越快。(4)四處崩崗不同土層的總孔隙度大體上隨深度的增加先減小后增大,毛管孔隙和非毛管孔隙彼此隨深度的變化規(guī)律相反,在紅土層和砂土層的一些亞層次,非毛管孔隙的含量較低。表土層單位面積累積入滲量和入滲速率顯著高于其他三層,紅土層的則要高于砂土層和碎屑層的,崩壁中部土層的累積入滲量和入滲速率較低。崩崗的中部土層(即紅土層與砂土層的交錯位置)存在一個入滲性能較弱的層次,即存在弱滲透層。各土層的入滲過程最符合Horton模型,其次是Kostiakov模型,不符合Philip模型方程。(5)除五華縣崩崗的表土層的黏聚力c值要高于其他各層次外,其他三地的崩崗的紅土層的黏聚力要高于表土層,且顯著高于砂土層和碎屑層的。除表土層和屬于紅土層的一些亞層次的黏聚力c和內摩擦角φ隨水分含量的增加呈現下降的趨勢外,其他各層次的黏聚力c和內摩擦角φ隨水分含量的增加呈現先增后降的趨勢。在風干階段,黏聚力c和內摩擦角φ與兩極的顆粒關系較密切,且與0.002mm的相關系數均高于其他粒級的顆粒含量。在含水量較高時,黏聚力c則與大部分粒級顆粒之間關系較為密切,且呈顯著相關關系,而內摩擦角φ與各粒級的相關關系的系數較低。(6)崩崗崩壁的表土層和紅土層的抗剪強度衰減機制:在風干狀態(tài)下,裂隙的產生是在此階段下土體抗剪強度下降的主要作用機制。在增濕階段,土粒間的加固凝聚力和吸附凝聚力的消散是此階段抗剪強度下降的主要原因。崩崗崩壁的砂土層和碎屑層的抗剪強度衰減機制:在風干狀態(tài)和天然狀態(tài)下,基質吸力是控制其抗剪強度的主要原因。在增濕階段,土粒間的加固凝聚力和吸附凝聚力的減小以及消散是控制其抗剪強度的主要原因。(7)在假定崩壁為直立邊坡的條件下,采用崩塌臨界高度計算公式計算了不同含水率下土層崩塌臨界高度,結果表明表土層在各水分條件下幾乎不會崩塌;紅土層在水分接近飽和時才易產生崩塌;而砂土層和碎屑層在天然狀態(tài)下稍微增濕就易發(fā)生崩塌。給出了崩壁的不同土層在有裂隙存在和無裂隙存在兩種情況下的穩(wěn)定安全系數K的計算公式。崩塌臨界高度(H)和穩(wěn)定安全系數(K)與土體的含水量之間關系密切,總體上隨含水量的增加而減小。有裂隙存在的情況下,能在很大程度上降低土體的穩(wěn)定性,增加崩塌的幾率。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：華中農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S157.1

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9 王U，

本文編號：2440932