基于细观力学的斜坡无粘性土水流-渗流耦合搬运机制与实验研究

斜坡土体水力搬运的力学机制研究是控制水土流失、改善人类生存环境的重要课题之一，尤其是坡面水流与渗流联合作用下的土体侵蚀内在机理研究亟待开展。本申请项目通过研制坡面流-渗流共同作用下斜坡土体搬运过程细观模拟的实验装置，开展系统的试验，再现向外渗流作用下的坡面流土体侵蚀过程，并借助高分辨率数字图像技术，在细观力学基础上揭示斜坡土体搬运机理及产沙机制。主要研究内容：系统分析向外渗流对坡面流流速、流态、床面剪切应力和泥沙运动状态以及产沙量的影响；深入分析斜坡土颗粒搬运的发生、发展过程；定量研究不同渗流比降、渗流强度、土体物理力学性能和不同坡面流条件下，坡面土颗粒的临界切应力、冲刷外移产沙强度以及坡面流输沙力；建立斜坡土体的动力学响应细观模拟方法，并对产沙进行模拟预测。.该项研究将向外渗流作用引入坡面流侵蚀机理研究，这对于完善水土流失基本理论，精确预报和防治坡面流侵蚀，具有重要的理论和工程意义。

斜坡土体水力搬运的力学机制研究是控制水土流失、改善人类生存环境的重要课题之一，尤其是坡面水流与渗流联合作用下的土体侵蚀内在机理研究亟待开展。本申请项目研制了坡面流-渗流共同作用下斜坡土体搬运过程细观模拟的实验装置，并应用研制装置，通过一系列的向外渗流作用下的坡面流土体侵蚀过程试验，并在细观力学基础上揭示斜坡土体搬运机理及产沙机制。通过项目研究，主要取得了研究成果：流渗耦合作用下的土水界面多孔介质水动力特性；坡面流-渗流耦合作用下斜坡土体动力学响应的细观模拟方法，并对冲刷进行模拟预测；深入分析斜坡土颗粒搬运的发生、发展过程及斜坡土体冲刷产沙机制；循环变化渗流作用下的斜坡土体搬运机制；流渗作用及其响应过程可视化试验。. 该项研究将向外渗流作用引入坡面流侵蚀机理研究，这对于完善水土流失基本理论，精确预报和防治坡面流侵蚀，具有重要的理论和工程意义。