刚果（布）1号公路砂性土边坡冲刷破坏研究

摘要

随着我国“走出去”战略的实施，我国企业越来越多的参与到国际项目当中。刚果（布）国家1号公路项目是我国援建非洲的重点工程，由于该公路沿线工程地质情况较为复杂，砂性土广泛分布，为道路的施工带来了一定难度。与其它土质相比，砂性土在降雨情况下更容易发生冲刷破坏。目前国内外学者对边坡冲刷破坏研究还存在不足，还没有比较完善的理论来指导工程实践，因此需要对该问题做进一步的研究。
　　1.对刚果（布）国家1号公路沿线地质概况进行了研究总结，对当地砂性土的分布规律，砂土物理力学性质（包括土颗粒粒径级配、天然含水量、天然休止角、渗透性及砂土抗剪强度）和降雨特征进行了详细研究，为室内试验设计和理论分析提供数据支持。
　　2.系统总结了当前土壤水力侵蚀理论的研究成果，对边坡冲刷发生条件，临界坡度和边坡冲刷量相关理论进行了细致研究。基于曼宁公式及土颗粒在水下的起动流速理论，对边坡冲刷发生条件判别标准进行了创新；根据坡面土颗粒的受力情况，对冲刷临界坡度公式进行了推导；利用能量法，建立了边坡冲刷量公式，并分析了坡度、坡高及雨强三个因素对边坡冲刷量的敏感性。通过理论研究，为砂性土边坡冲刷室内模型试验设计提供理论依据，数值计算结果与试验结果相互验证。
　　3.根据刚果（布）工程地质特性和模型相似性理论，设计了边坡冲刷室内模型试验。通过对坡比、坡高和雨强因素的不同组合试验，探讨了这三个因素对冲刷强度的影响，得到不同条件下的冲刷量。同时，对坡面降雨冲刷侵蚀的演变过程和侵蚀机理进行研究，特别是细沟侵蚀的起因、发展以及对坡面冲蚀过程的泥沙运移做进一步了解，对侵蚀过程进行了细致的描述。
　　4.根据边坡冲刷发生条件及边坡冲刷量的研究结果，重新设计了元胞自动机的冲刷规则，初步建立了坡面细沟侵蚀破坏的形态模拟。通过CA模拟，得到不同时间情况下的坡面径流数据；利用MATLAB平台绘制坡面冲刷三维形态，模拟结果与实际坡面冲刷形态做比较，更为直观的了解了径流的形成过程；提取了不同时间段的坡面高程，为计算机软件预测冲刷量做了初步探索。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 存在的问题

1.4 主要内容及技术路线

1.5 本文的创新点

第2章 刚果（布）1号公路边坡地质概况

2.1 公路沿线地形地貌

2.2 砂性土物理力学性质

2.3 区域降雨特征

2.4 本章小结

第3章 边坡坡面冲刷破坏理论分析

3.1坡面冲刷演变过程

3.2 边坡冲刷发生条件

3.3 冲刷临界坡度

3.4 边坡冲刷量

3.5 本章小结

第4章 砂性土边坡冲刷室内模型试验研究

4.1 试验模型相似性设计

4.2 试验装置设计

4.3 试验用砂选择

4.4 试验方案设计

4.5 模型试验结果及分析

4.6 本章小结

第5章 边坡坡面冲刷定量研究

5.1 计算参数确定

5.2 冲刷发生条件定量研究

5.3 冲刷临界坡度定量研究

5.4 边坡冲刷量定量研究

5.5 本章小结

第6章 基于CA理论的坡面冲刷形态模拟

6.1 元胞自动机理论介绍

6.2 坡面冲刷形态模拟过程

6.3 模拟结果及分析

6.4 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 存在的问题与展望

致谢

参考文献