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作者：邹兵华西安理工大学

学位级别：硕士

本研究选择黄土高原丘陵沟壑区典型小流域王茂沟流域作为研究对象,综合运用土壤侵蚀和水土保持理论、滑坡侵蚀原理、强度折减法理论和有限元技术,采用实地观测及取样和室内分析相结合的方法,开展淤地坝淤积信息空间分布规律的研究和坡... 详细信息

本研究选择黄土高原丘陵沟壑区典型小流域王茂沟流域作为研究对象,综合运用土壤侵蚀和水土保持理论、滑坡侵蚀原理、强度折减法理论和有限元技术,采用实地观测及取样和室内分析相结合的方法,开展淤地坝淤积信息空间分布规律的研究和坡沟系统土体的物理力学特性研究。进而结合有限元技术研究了小流域坡沟系统随坝地淤高其稳定性、滑坡概率和滑坡侵蚀量的变化规律、以及随着淤地坝的淤高,坡沟系统重力滑坡侵蚀中峁坡和沟坡滑塌物的体积和重量之比、峁坡和沟坡滑塌物的体积和重量占总滑塌物的体积和重量的比例,最后得出坡沟系统在稳定系数最小时的应力场与位移场的分布规律。本研究对定量评价小流域淤地坝的减侵蚀作用与综合治理效应、科学调整规划设计方案、关键技术配置、治理措施优化布局等宏观决策,推动生态环境建设的深入开展具有重要意义。本研究得出的主要成果如下：(1)通过淤地坝分层取样和干容重测定分析,得知坝地淤积物其干容重随淤积层厚的变化不是太明显,虽有变化,但其数值波动范围不大,基本在平均值1.37g／cm3上下小范围波动。坝前淤积物其加权干容重沿淤积深度方向的变化幅度为1.34-1.41g／cm3,基本沿着平均值1.38g／cm3成一条直线,坝地淤积物的加权干容重沿深度方向比较均一,在定量计算淤地坝的拦泥量时淤积泥沙的干容重可以采用一个数值进行计算。通过室内颗粒分析试验,得出坝地淤积物中各淤积层土样的颗粒级配组成规律。结果表明,坝地淤积物的粒径主要分布在0.005mm-0.1mm之间,各淤积层淤积物的颗粒级配呈不均匀分布,而且淤积泥沙颗粒组成沿深度也无明显的变化。(2)通过实地调查分析,建立了关地沟坡沟系统概化模型,经过纯数学的推导,得到了坡沟系统的剩余坡长L'随坝地的淤高的表达式：通过有限元软件模拟出随着坝地逐渐淤高坝库淤积的泥沙量与坝高的相关关系式为y=449.59x2+1182.1x-926.31;通过建立原型模型,得出了随坝地淤高相同淤积高度(0.9m)各淤积阶段的淤积泥沙量与淤积高度的相关关系满足二项式关系,即y=-19.83x2+997.65x-277.27及随着坝地的淤高,相同的产沙量(100 m3)落淤在坝地上垂直淤积高度与坝地当前淤高的相关关系满足乘幂关系,即y=0.1142x-1.0055。(3)通过峁坡和沟坡分降雨前与降雨后土的体积含水量随土层深度变化规律的研究,说明了不同植被覆盖条件下土体含水量的保持和蒸散发的强弱,指出了保持土壤水分有利的植物覆盖类型,同时也为建立降雨和土体含水量关系方面的研究提供了一种方法,并得到了简单的土体含水量随土层深度的变化规律;得到峁坡和沟坡电导率随含水量的变化规律分别为：峁坡：y=1287.6x-0.7798,沟坡：y=0.3371x2-18.372x+358.16,为土壤化学分析提供重要指标。分析了峁坡和沟坡土壤干容重随高程的变化规律,为滑坡侵蚀定量计算和小流域重力滑坡侵蚀的物理分析提供重要基础参数;建立了统一的小流域坡沟系统土体的抗剪强度随含水量的变化规律：τf=σ·tg(pω-q)+sω-t,为降雨型滑坡侵蚀预报模型提供了重要科学依据。(4)基于有限元技术,通过建立关地沟4号坝上游典型坡沟系统的概化模型,分析了随淤地坝坝地的淤高坡沟系统的稳定性、滑塌概率和滑塌量的变化规律,得到了三者的相关方程分别如下：①稳定系数：y=0.0004x2+0.00004x+1.2572;②滑塌概率(%)：y=0.025x2-0.6346x+6.5439;③滑塌量(m3／m)：y=-68.775x+2141.5,三者的精度均较高,可用于该沟道重力滑坡侵蚀的预报、滑坡侵蚀的定量计算和指导淤地坝的分期加高。(5)通过软件模拟计算,分别得到了峁坡和沟坡的滑塌量及各自在滑坡侵蚀总量中所占的比重。在坡沟系统重力滑坡侵蚀中,随着淤地坝的淤高,峁坡和沟坡滑塌物的体积和重量之比基本为1：50;峁坡滑塌物的体积和重量占总滑塌物的体积和重量的2%,而沟坡滑塌物的体积和重量占总滑塌物的体积和重量的98%,在重力侵蚀产沙中,沟坡重力侵蚀是沟道泥沙的主要来源。(6)应用有限元强度折减法对坡沟系统的应力场和位移场进行了仿真分析,指出了稳定系数最小、滑坡概率最大、坡沟系统濒临滑坡侵蚀时的最大应力和位移分布区域,分别如下：①X方向的最大位移：沟坡中下部位垂直向坡体内约15m的范围;②Y方向的最大位移：从峁顶向左向右各延伸10m左右的扇形区域;③拉应力最大值区域：从峁顶经峁坡向沟坡坡缘线向坡体内延伸9m左右的带形区域。这些区域是坡沟系统最容易发生侵蚀的危险区域,在配置坡面水土保持工程措施(水平沟和鱼鳞坑等)和生物措施的时候要有针对性的进行重点防护,以使坡沟系统的土壤侵蚀降低到最低限度。

关键词：黄土高原淤地坝淤积信息坡沟系统有限元强度折减法稳定性

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基于有限元的石窑店煤矿拦渣坝稳定性分析

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人民黄河 2008年第5期30卷 84-86页

作者：邹兵华李占斌李鹏时乐西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室陕西西安710048 西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048

以石窑店煤矿拦渣坝为例,在理论计算的基础上,应用有限元原理,结合数值仿真分析方法,从拦渣坝力学稳定和受力破环的角度,按坝体仅受矿渣压力作用和坝体受矿渣压力与水压力共同作用两种工况,应用有限元软件对拦渣坝在设计堆渣高度下的应... 详细信息

以石窑店煤矿拦渣坝为例,在理论计算的基础上,应用有限元原理,结合数值仿真分析方法,从拦渣坝力学稳定和受力破环的角度,按坝体仅受矿渣压力作用和坝体受矿渣压力与水压力共同作用两种工况,应用有限元软件对拦渣坝在设计堆渣高度下的应力场和位移场进行了稳定性仿真分析,指出了最大应力和位移分布区域,为拦渣坝的安全稳定设计提供了参考依据。

关键词：有限元拦渣坝稳定性分析仿真计算

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黄土高原小流域重力侵蚀数值模拟

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农业工程学报 2009年第12期25卷 74-79,I0040页

作者：于国强李占斌李鹏张霞邹兵华赵洪彬西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室西安710048 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100 陕西省环境科学研究设计院西安710061 西南交通大学土木工程学院成都610031

为研究黄土高原小流域重力侵蚀机理,采用fish语言编写多层复杂地形建模的前处理程序,对多层复杂地形建模进行了二次开发。从力学稳定性角度,采用有限差分FLAC3D软件对黄土高原小流域概化模型进行重力侵蚀机理研究,分析了流域重力侵蚀的... 详细信息

为研究黄土高原小流域重力侵蚀机理,采用fish语言编写多层复杂地形建模的前处理程序,对多层复杂地形建模进行了二次开发。从力学稳定性角度,采用有限差分FLAC3D软件对黄土高原小流域概化模型进行重力侵蚀机理研究,分析了流域重力侵蚀的发育过程,并对小流域位移场和应力场进行了数值模拟。结果表明:建立的三维模型能真实地表现小流域地形、地貌,仿真效果良好。小流域重力侵蚀过程分为发育期、成熟期和稳定期3个阶段,沟头溯源区是小流域侵蚀最强烈的部位;凹形的边坡整体几何形态利于边坡稳定,减缓了重力侵蚀的发生程度。建模方法和数值模拟结果可应用到重力侵蚀研究中,为推动流域侵蚀产沙时空规律研究的深入发展和小流域水土流失综合治理以及生态环境建设提供科学依据。

关键词：侵蚀建模地貌小流域

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淤地坝减轻坡沟系统滑坡侵蚀的数值模拟

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水土保持通报 2013年第1期33卷 265-270页

作者：邹兵华袁洁李占斌李鹏中国水电顾问集团成都勘测设计研究院四川成都610072 西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室陕西西安710048 西安理工大学水利水电学院陕西西安710048

基于边坡分析软件及有限元软件,通过建立陕北绥德县关地沟4号坝上游典型坡沟系统的概化模型,应用概率统计和数值仿真分析方法,从坡沟系统的力学稳定和受力破环的角度,得到了随淤地坝坝地的逐渐淤高坡沟系统的稳定性、滑塌概率和滑塌量... 详细信息

基于边坡分析软件及有限元软件,通过建立陕北绥德县关地沟4号坝上游典型坡沟系统的概化模型,应用概率统计和数值仿真分析方法,从坡沟系统的力学稳定和受力破环的角度,得到了随淤地坝坝地的逐渐淤高坡沟系统的稳定性、滑塌概率和滑塌量分别增强、减弱和减少,其随坝地淤高的变化分别满足二项式、二项式和直线规律。应用有限元强度折减法原理,对坡沟系统的应力场和位移场进行了仿真分析,指出了稳定系数最小,滑坡概率最大时坡沟系统濒临滑坡侵蚀时的最大应力和位移分布区域:(1)X方向的最大位移是沟坡中下部位垂直向坡体内约15m的范围;(2)Y方向的最大位移是从峁顶向两侧各延伸10m左右的扇形区域;(3)拉应力最大值区域是从峁顶经峁坡向沟坡坡缘线向坡体内延伸9m左右的带形区域。研究结果可为坡沟系统水土保持工程措施的配置及生物措施的实施提供有益的参考,并为评价坡沟系统的稳定性提供一定可靠度的依据。

关键词：坡沟系统淤地坝有限元强度折减法稳定性滑坡概率

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淤地坝控制黄土高原坡沟系统重力侵蚀的空间特征

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水土保持通报 2013年第5期33卷 55-59,86页

基于有限元技术,建立了关地沟4号坝上游典型坡沟系统的概化模型,结果发现随淤地坝坝地的淤高,坡沟系统的稳定性和滑塌量分别增强和减少,其随坝地淤高的变化分别满足二项式和直线规律;通过软件模拟计算,结果发现在坡沟系统重力侵蚀中,随... 详细信息

基于有限元技术,建立了关地沟4号坝上游典型坡沟系统的概化模型,结果发现随淤地坝坝地的淤高,坡沟系统的稳定性和滑塌量分别增强和减少,其随坝地淤高的变化分别满足二项式和直线规律;通过软件模拟计算,结果发现在坡沟系统重力侵蚀中,随着淤地坝的淤高,峁坡和沟坡滑塌物的体积和重量之比基本为1∶50;峁坡滑塌物的体积和重量占总滑塌物的体积和重量的2%,而沟坡滑塌物的体积和重量占总滑塌物的体积和重量的98%,沟坡重力侵蚀是沟道泥沙的主要来源。该研究结果可为小流域沟道重力侵蚀的预报和侵蚀量的评估提供重要参数和科学依据。

关键词：黄土高原坡沟系统滑坡侵蚀定量评价

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发泡剂对水泥和沙子三种配比宏观发泡效果的试验研究

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四川建筑科学研究 2011年第6期37卷 190-193页

作者：邹兵华袁洁熊峰杨颖中国水电顾问集团成都勘测设计研究院四川成都610072

通过室内复合硅酸盐水泥和沙子按1∶1,1∶4,1∶8三种配比的混合物与发泡剂按不同配比的试验,测出水泥、沙子和发泡剂混合物样品的湿重量和干重量,经过分析得出三种发泡剂占水泥和沙子质量的含量由2‰,2.5‰,3‰,3.5‰,4‰,4.5‰,5‰变... 详细信息

通过室内复合硅酸盐水泥和沙子按1∶1,1∶4,1∶8三种配比的混合物与发泡剂按不同配比的试验,测出水泥、沙子和发泡剂混合物样品的湿重量和干重量,经过分析得出三种发泡剂占水泥和沙子质量的含量由2‰,2.5‰,3‰,3.5‰,4‰,4.5‰,5‰变化时对复合硅酸盐水泥和沙子发泡效果的规律。本研究的结果为在减轻边坡植生用客土的重量时选择发泡剂及水泥、沙子与发泡剂最佳配比时提供重要参数。

关键词：水泥发泡剂发泡效果最佳配比

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黄土区小流域坡沟系统侵蚀与淤地坝拦蓄特征演变响应研究

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西北农业学报 2012年第10期21卷 185-190页

作者：邹兵华袁洁李占斌李鹏中国水电顾问集团成都勘测设计研究院成都610072 西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室西安710048 西安理工大学水利水电学院西安710048

通过实地调查和建立关地沟坡沟系统概化模型的有限元模拟,结合数学推导,研究坡沟系统的剩余坡长随坝地淤高的相关关系。结果表明,随着坝地淤高,坝库淤积的泥沙量与坝高和相同淤积高度下的各淤积阶段淤积泥沙量及淤积高度分别满足二项式... 详细信息

通过实地调查和建立关地沟坡沟系统概化模型的有限元模拟,结合数学推导,研究坡沟系统的剩余坡长随坝地淤高的相关关系。结果表明,随着坝地淤高,坝库淤积的泥沙量与坝高和相同淤积高度下的各淤积阶段淤积泥沙量及淤积高度分别满足二项式的相关关系;相同的产沙量落淤在坝地上垂直淤积高度与坝地当前淤高满足乘幂的相关关系。

关键词：黄土高原坡沟系统坝地淤积等效淤高

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黄土高原小流域坡沟系统降雨型滑坡侵蚀特征

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自然灾害学报 2009年第4期18卷 72-77页

作者：鲁克新李占斌邹兵华袁洁于国强西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室陕西西安710048 中国科学院/水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 中国水电顾问集团成都勘测设计研究院四川成都610072

通过野外对坡沟系统分峁坡和沟坡采样,及原状土室内干密度测定和不同含水量下抗剪强度力学实验,得到了峁坡和沟坡土壤干密度随高程的变化规律,建立了小流域坡沟系统土体的抗剪强度随含水量的变化规律,为小流域土壤侵蚀定量计算和降雨型... 详细信息

通过野外对坡沟系统分峁坡和沟坡采样,及原状土室内干密度测定和不同含水量下抗剪强度力学实验,得到了峁坡和沟坡土壤干密度随高程的变化规律,建立了小流域坡沟系统土体的抗剪强度随含水量的变化规律,为小流域土壤侵蚀定量计算和降雨型滑坡侵蚀预报模型参数的确定提供参考。

关键词：黄土高原坡沟系统滑坡侵蚀干密度含水量

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大理河流域土壤侵蚀空间格局分形特征研究

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土壤学报 2009年第1期46卷 149-153页

作者：沈中原李占斌李斌斌邹兵华西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室西安710048 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

壤侵蚀空间格局作为流域地貌表面形态与生态景观特征的重要反映,一直为土壤侵蚀与水土保持学界研究的热点.从土壤侵蚀的角度来看,不同强度等级土壤侵蚀的图斑可以视为景观的一种元素,这样就可以利用景观生态学理论对不同等级土壤侵蚀所... 详细信息

壤侵蚀空间格局作为流域地貌表面形态与生态景观特征的重要反映,一直为土壤侵蚀与水土保持学界研究的热点.从土壤侵蚀的角度来看,不同强度等级土壤侵蚀的图斑可以视为景观的一种元素,这样就可以利用景观生态学理论对不同等级土壤侵蚀所组成的景观进行研究.国内外学者对此进行了大量研究.

关键词：黄土高原土壤侵蚀数据库分形土壤侵蚀空间格局

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发泡剂对水泥宏观发泡效果的试验研究

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工业建筑 2008年第Z1期38卷 813-816页

作者：邹兵华李占斌李鹏李斌斌时乐西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室西安710048 西安理工大学岩土工程研究所西安710048

在室内水泥和发泡剂按不同配比试验的基础上,测出水泥和发泡剂混合物样品的湿重量和干重量,通过分析得出三种发泡剂占水泥质量的含量由2‰、2.5‰、3‰、3.5‰、4‰、4.5‰、5‰变化时对复合硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥发泡效果的规律... 详细信息

在室内水泥和发泡剂按不同配比试验的基础上,测出水泥和发泡剂混合物样品的湿重量和干重量,通过分析得出三种发泡剂占水泥质量的含量由2‰、2.5‰、3‰、3.5‰、4‰、4.5‰、5‰变化时对复合硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥发泡效果的规律。研究结果为在减轻边坡植生用客土的重量选择水泥及水泥和发泡剂最佳配比时提供重要参数。

关键词：水泥发泡剂发泡效果最佳配比

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