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3D打印弯曲根系拉拔力学特性试验研究

水文地质工程地质 2024年第1期51卷 82-90页

作者：丁瑜彭博识夏振尧刘振贤刘楚鑫三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学) 湖北宜昌443002 防灾减灾湖北省重点实验室湖北宜昌443002

天然根系具有不同弯曲形态,对根土相互作用特性影响极大。以往研究多将根系视为顺直,未充分考虑弯曲根系拉拔受力变形特征、破坏模式。利用3D打印技术制作弯曲根系,开展3种根径(2.0,3.5,5.0 mm)、5种弯曲度(1.00,1.05,1.10,1.15,1.20)... 详细信息

天然根系具有不同弯曲形态,对根土相互作用特性影响极大。以往研究多将根系视为顺直,未充分考虑弯曲根系拉拔受力变形特征、破坏模式。利用3D打印技术制作弯曲根系,开展3种根径(2.0,3.5,5.0 mm)、5种弯曲度(1.00,1.05,1.10,1.15,1.20)的根系拉伸、拉拔试验,探索弯曲根系的拉拔力学特性。结果表明:根系拉伸特性受到弯曲结构和自身材料性质共同影响,根系最大拉伸力、拉伸变形刚度随弯曲度增加而减小,随直径增加而增大;根系峰值拉拔力随弯曲度增加呈先增大后减小,弯曲度1.15时最大,峰值拉拔位移呈类似变化趋势;弯曲根系齿肋挤压土体形成啮合作用,有助于增强根土相互作用;弯曲细根系的拉伸力和拉伸刚度低,更容易与土体协同变形承担拉拔荷载。弯曲根系受力变形与直根系差异极大,研究结果可为弯曲形态根系固土评价提供理论参考。

关键词： 3D打印弯曲根系拉拔试验根土相互作用峰值拉拔力

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碎石及狗牙根覆盖对坡面波浪侵蚀影响研究

草业学报 2024年

作者：肖海陈珠宝夏振尧朱庆文刘德玉向瑞张伦三峡库区地质灾害教育部重点实验室三峡大学土木与建筑学院三峡库区生态环境教育部工程研究中心

波浪侵蚀是三峡库区消落带的主要侵蚀类型，植被、碎石均可有效的控制波浪侵蚀，但是碎石-植被协同作用下对波浪侵蚀的影响尚不清楚。本研究通过设置3种狗牙根覆盖度和9种碎石条件，以裸坡为对照，利用波浪冲刷试验分析不同条件下波压... 详细信息

波浪侵蚀是三峡库区消落带的主要侵蚀类型，植被、碎石均可有效的控制波浪侵蚀，但是碎石-植被协同作用下对波浪侵蚀的影响尚不清楚。本研究通过设置3种狗牙根覆盖度和9种碎石条件，以裸坡为对照，利用波浪冲刷试验分析不同条件下波压力和波浪侵蚀率，揭示碎石单一因素、植被单一因素和碎石-植被协同作用下对波浪侵蚀的影响。研究结果表明：碎石覆盖单一因素可有效消能26.49%～86.52%、减蚀8.70%～73.91%，波压力、侵蚀率随碎石粒径减小、覆盖厚度增加而减小。植被覆盖单一因素可有效消能4.10%～46.36%、减蚀19.56%～77.17%，波压力、侵蚀率随覆盖度增加而减小。碎石-植被协同措施消能减蚀效果优于单一措施，碎石-植被协同作用可有效消能28.95%～94.74%、减蚀28.20%～80.43%，协同措施下波压力、侵蚀率随碎石粒径的增大而增加却随碎石覆盖厚度、狗牙根覆盖度的增大而减小，在碎石粒径5～10 mm、碎石覆盖厚度60 mm、狗牙根覆盖度60%～70%时效果最好。多因素方差分析表明协同措施中波压力、侵蚀率的减少是碎石覆盖和植被覆盖的综合作用结果，其中对波压力的影响程度为碎石覆盖厚度>碎石粒径>植被覆盖度，而对波浪侵蚀率的影响程度为植被覆盖度>碎石层厚度>碎石粒径。本研究表明碎石-植被协同措施能有效达到消能减蚀的作用，可以作为岸坡土体波浪侵蚀控制的可持续性生态友好型的治理技术。该研究结果可以为消落带生态治理与生态重建实践提供指导和借鉴。

关键词：碎石狗牙根波浪压力波浪侵蚀率消落带

根系影响下粗糙土-岩接触面剪切损伤模型研究

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人民长江 2024年第1期55卷 216-222页

作者：刘振贤丁瑜夏振尧彭博识三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002 防灾减灾湖北省重点实验室(三峡大学) 湖北宜昌443002

合理描述根系和岩面粗糙度影响下土-岩接触面的剪切行为是开展土岩混合边坡稳定评价的关键。基于Weibull分布并考虑含根率、粗糙度的影响建立了土-岩接触面剪切统计损伤模型。根据试验结果,确定了含根率、粗糙度对接触面剪切刚度的影响... 详细信息

合理描述根系和岩面粗糙度影响下土-岩接触面的剪切行为是开展土岩混合边坡稳定评价的关键。基于Weibull分布并考虑含根率、粗糙度的影响建立了土-岩接触面剪切统计损伤模型。根据试验结果,确定了含根率、粗糙度对接触面剪切刚度的影响函数及模型参数,并验证了模型的可行性;进一步,探讨了含根率、粗糙度和模型参数m、w 0对接触面剪切变形和损伤演化的影响。研究表明:根系与粗糙度均能抑制接触面损伤发展从而提高接触面强度;提出的损伤模型能较好地描述根系和粗糙度影响下土-岩接触面剪切损伤演化和剪切力学特性。研究成果可为土-岩接触面剪切性能分析及土岩混合边坡稳定评价提供理论参考。

关键词：土-岩接触面含根率 Weibull分布粗糙度剪切损伤模型生态防护土岩边坡

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聚丙烯酰胺对三峡库区紫色土分离能力的影响

武汉大学学报（理学版） 2024年第1期70卷 139-146页

作者：高峰夏振尧张伦王地向瑞刘德玉肖海三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002 三峡大学三峡库区生态环境教育部工程研究中心湖北宜昌443002

以三峡库区紫色土为研究对象,设置6个聚丙烯酰胺(PAM)施加量(0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 g/m^(2))和6个养护时长(1、3、7、15、30、60 d),采用冲刷实验,研究PAM施加量及养护时长对土壤分离能力的影响,并从表观黏聚力和水稳性团聚体稳... 详细信息

以三峡库区紫色土为研究对象,设置6个聚丙烯酰胺(PAM)施加量(0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 g/m^(2))和6个养护时长(1、3、7、15、30、60 d),采用冲刷实验,研究PAM施加量及养护时长对土壤分离能力的影响,并从表观黏聚力和水稳性团聚体稳定性角度揭示土壤分离能力变化的原因。结果表明:同一PAM施加量条件下,土壤分离能力随着养护时长的增加而降低,同一养护时长条件下,随着PAM施加量增加,土壤分离能力先减小后增加,PAM施加量为0.8 g/m^(2)时,土壤分离能力最小;土壤分离能力与表观黏聚力、平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)之间均呈对数函数关系,表观黏聚力是描述土壤分离能力的最佳指标。

关键词：三峡库区紫色土聚丙烯酰胺土壤分离能力养护时长

香根草植物篱对三峡库区紫色土坡地泥沙沉积的影响

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武汉大学学报（理学版） 2024年第1期70卷 129-138页

作者：肖海刘子睿夏振尧郭萍闫茹冰向瑞高峰张伦三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002 三峡大学三峡库区生态环境教育部工程研究中心湖北宜昌443002 惠州学院建筑与土木工程学院广东惠州516007

以三峡库区紫色土坡地为研究对象,设置2个降雨强度(60和120 mm/h)和3种坡面条件(裸坡对照CK、植物篱P和仅有植物篱根系R),采用稀土元素示踪技术结合人工模拟降雨实验,研究了香根草植物篱对坡地泥沙沉积的影响。结果显示,坡地泥沙沉积主... 详细信息

以三峡库区紫色土坡地为研究对象,设置2个降雨强度(60和120 mm/h)和3种坡面条件(裸坡对照CK、植物篱P和仅有植物篱根系R),采用稀土元素示踪技术结合人工模拟降雨实验,研究了香根草植物篱对坡地泥沙沉积的影响。结果显示,坡地泥沙沉积主要发生在坡面中下部(0~40和>40~140 cm示踪段),与CK相比,R和P坡面的沉积速率平均分别增加了42.88%和79.06%。CK条件下,60 mm/h降雨强度时各坡段对总沉积的贡献随坡段位置的升高而增加,在>340~440 cm示踪段达到60.13%,120 mm/h降雨强度则呈现波动变化;P和R条件下,>140~240和>340~440 cm示踪段贡献率相对较大,>240~340 cm示踪段贡献率相对较小。结果表明,香根草植物篱明显改变了坡地泥沙沉积分布和各示踪段沉积泥沙来源,造成坡地上部泥沙对总沉积的贡献减小而坡地中下部对总沉积的贡献增加。

关键词：三峡库区沉积分布植物篱稀土元素示踪紫色土

碎石含量对三峡库区坡耕地土壤氮磷流失特征的影响

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农业工程学报 2024年第3期40卷 127-137页

作者：赵冰琴胡鑫凯高儒章施伟豪张兴凤朱万庆夏振尧许文年三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学) 宜昌443002 水泥基生态修复技术湖北省工程研究中心(三峡大学) 宜昌443002

坡耕地是三峡库区水土流失的主要来源,导致土壤养分的损失,严重影响库区生态环境建设与社会经济可持续发展。库区坡耕地土壤浅薄化和砾质化特征明显,但目前对含碎石坡耕地土壤侵蚀和养分流失特征的研究尚不多见。该研究通过设置3个降雨... 详细信息

坡耕地是三峡库区水土流失的主要来源,导致土壤养分的损失,严重影响库区生态环境建设与社会经济可持续发展。库区坡耕地土壤浅薄化和砾质化特征明显,但目前对含碎石坡耕地土壤侵蚀和养分流失特征的研究尚不多见。该研究通过设置3个降雨梯度(60、90、120 mm/h)和4种碎石含量(0、10%、20%、30%),开展人工模拟降雨试验,分析各试验条件下含碎石土壤产流产沙和氮磷流失特征。结果表明:1)碎石主要通过改变土壤结构以增大产流产沙量来促进氮磷流失,而对相应流失速率与流失浓度的变化规律影响较小,不同碎石含量下泥沙产量的变异系数更高,且泥沙中不同碎石含量下的氮磷流失量显著性差异更强(P<0.05);2)泥沙中累计磷流失量略微大于氮流失量,有效磷几乎不随泥沙流失,有效氮约占全氮流失量的15%;径流中氮素流失量几乎为磷素的10倍且以有效氮为主,占总氮流失量的75%,有效磷占总磷流失量的25%;3)不同碎石含量下有效氮流失规律大致相同,径流中硝态氮约占有效氮流失量的70%,而泥沙中则以铵态氮为主,约占65%;4)不同碎石含量下土壤中氮磷元素均以随侵蚀产沙流失为主,累计产沙量与氮磷元素随侵蚀产沙流失量均在20%碎石含量下达到极大值,10%碎石含量下流失量相对较小,因此泥沙库区坡耕地氮磷流失防治应以减少侵蚀产沙为主,注意大雨暴雨多发季节的水质监测与施肥控制。同时可对土中碎石进行清除使其保持在不高于10%水平。研究结果可为三峡库区含碎石坡耕地水土流失防治和氮磷流失治理提供科学参考。

关键词：土壤侵蚀碎石含量雨强产流产沙氮磷流失回归分析

白鹤滩水电站项目区土壤肥力评价及其空间变异

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土壤 2024年第2期56卷 300-308页

作者：曹涛周蓓蓓吴山山赵宇航崔磊夏振尧任远姚少雄西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室西安710048 水利水电规划设计总院北京100120 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司长沙410014 三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学) 湖北宜昌443002

采用地统计学、地理信息系统(GIS)和模糊数学等方法,系统地调查分析了白鹤滩水电站项目区土壤肥力状况及其空间变异特征。结果显示:研究区碱解氮和有效磷具有较强的空间变异性,有机质和速效钾的空间变异性为中等水平,而阳离子交换量和... 详细信息

采用地统计学、地理信息系统(GIS)和模糊数学等方法,系统地调查分析了白鹤滩水电站项目区土壤肥力状况及其空间变异特征。结果显示:研究区碱解氮和有效磷具有较强的空间变异性,有机质和速效钾的空间变异性为中等水平,而阳离子交换量和细菌群落α多样性Chao1指数的空间变异性最小,为较弱水平。在0~10 cm和10~20 cm土层土壤碱解氮、有机质、阳离子交换量、速效钾、速效磷和Chao1指数的平均值分别为14.08 mg/kg、14.02 g/kg、8.04 cmol/kg、98.53 mg/kg、0.65 mg/kg、0.97和12.14 mg/kg、12.70 g/kg、8.02 cmol/kg、109.78 mg/kg、0.74 mg/kg、0.93。其中,碱解氮和速效磷的平均含量低于土壤养分分级标准的6级水平,而有机质含量和阳离子交换量处于4级水平,速效钾含量处于3级水平。10~20 cm土层速效钾在空间上呈现较弱的自相关性,而碱解氮、有机质、阳离子交换量、0~10 cm土层Chao1指数和10~20 cm土层速效磷块金系数均小于25%,在空间上呈现较强的自相关性。通过空间插值图可以看出,研究区土壤综合肥力指标、碱解氮和有机质呈现由西北向东南逐渐降低的趋势,而其他肥力指标则具有不同的空间分布特征。研究区整体土壤肥力水平较低,其中速效磷和碱解氮是主要的限制因素。

关键词：白鹤滩土壤肥力空间变异主成分分析法模糊综合评价

棕榈纤维强化EICP加固三峡库区黏性紫色土抗剪性能试验研究

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材料导报 2024年

作者：肖海王光辉张伦张文琪丁瑜夏振尧三峡库区地质灾害教育部重点实验室三峡大学土木与建筑学院三峡库区生态环境教育部工程研究中心

为探究棕榈纤维对EICP（Enzyme Induced Carbonate Precipitation）加固黏性土体抗剪性能的影响，本研究以三峡库区紫色土为对象，设置5个纤维掺量（0%、0.1%、0.2%、0.4%和0.8%）和5个胶结液浓度（0 mol/L、0.5 mol/L、1.0 mol/L、1.5 ... 详细信息

为探究棕榈纤维对EICP（Enzyme Induced Carbonate Precipitation）加固黏性土体抗剪性能的影响，本研究以三峡库区紫色土为对象，设置5个纤维掺量（0%、0.1%、0.2%、0.4%和0.8%）和5个胶结液浓度（0 mol/L、0.5 mol/L、1.0 mol/L、1.5 mol/L和2.0 mol/L），开展直剪实验，以纯紫色土试样为空白对照（CK），分析各试验条件下紫色土应力-应变曲线、黏聚力、内摩擦角和碳酸钙含量变化特征，阐明棕榈纤维对EICP加固土力学性能改善效果，并从微观角度揭示其强化机理。结果表明：相较于CK，纤维添加、EICP和纤维-EICP处理紫色土试样黏聚力与内摩擦角分别提升1.63～7.54、3.39～8.75和0.61～18.61倍与0.13～0.27、0.12～0.20和0.17～0.35倍，总体上黏聚力和内摩擦角随着纤维掺量和胶结液浓度增加呈现先增加后减少的变化趋势，且在0.1%～0.2%纤维掺量和1.5 mol/L胶结液浓度下强度最大。相较于CK处理，EICP和纤维-EICP处理紫色土试样碳酸钙含量分别提升11.92～21.36和6.77～27.39倍，适量纤维掺入促进碳酸钙生成。纤维掺入在EICP处理试样中形成“纤维-土颗粒-CaCO3”晶体网状结构，不仅提高试样强度，也使试样由脆性破坏向塑性破坏转变。研究结果表明棕榈纤维掺入能够强化EICP处理紫色土抗剪性能，可为三峡库区紫色土绿色加固及三峡库区生态屏障建设提供理论依据。

关键词：脲酶诱导碳酸钙沉淀棕榈纤维紫色土黏聚力微观结构

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渗流作用下粉土质砂潜蚀演化特征与预测模型

土木与环境工程学报（中英文） 2023年第5期45卷 18-25页

作者：陈勇闵泽鑫夏振尧隆海鹏三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002

长期渗流作用下,土体发生内部潜蚀常会诱发结构变形甚至破坏。利用自主研发的渗流装置开展砂土潜蚀试验,研究渗流作用下不同初始孔隙比粉土质砂的颗粒流失过程及潜蚀演变特征,并阐明各影响因素的作用机制,建立颗粒流失量随水力梯度和时... 详细信息

长期渗流作用下,土体发生内部潜蚀常会诱发结构变形甚至破坏。利用自主研发的渗流装置开展砂土潜蚀试验,研究渗流作用下不同初始孔隙比粉土质砂的颗粒流失过程及潜蚀演变特征,并阐明各影响因素的作用机制,建立颗粒流失量随水力梯度和时间增长的预测模型,继而基于颗粒级配试验和三相关系推演,揭示粒度分布与孔隙比的变化规律。结果表明:渗流作用易导致砂土内部细颗粒和砂粒流失并逐渐形成优势渗流通道,诱发砂土局部坍塌并在持续潜蚀后呈整体不均匀沉降变形,直至水压主要沿优势通道消散时,达到潜蚀稳定;初始孔隙比或密实度是影响土体潜蚀程度的主要内部因素,直接改变了颗粒移动的起动水力梯度、流失速率、累积总质量及土样沉降变形量,水力梯度增大会加快颗粒流失、通道形成和潜蚀稳定;建立的预测模型拟合度高,能较好地反映上述演化特征以及初始孔隙比和水力梯度对颗粒流失发展规律及稳定时间的影响;潜蚀对粉土质砂物理状态的影响主要表现在孔隙比总体增大而颗粒粒径的不均匀性降低。

关键词：砂土潜蚀颗粒流失水力梯度孔隙比预测模型