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连续降雨条件下工程堆积体产流产沙对砾石含量的响应

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水土保持通报 2024年第2期44卷 91-100页

作者：王子吟魏育超李镇骆汉谢永生西北农林科技大学水土保持科学与工程学院陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 中国电建集团昆明勘测设计院有限公司云南昆明650000

[目的]探究连续降雨条件下不同砾石含量对陕北沙壤土上方有来水工程堆积体坡面产流产沙的影响,为生产建设项目水土流失治理提供数据支撑和理论参考。[方法]通过室内模拟降雨试验,研究不同砾石含量(0,10%,20%,30%,40%)工程堆积体坡面土... 详细信息

[目的]探究连续降雨条件下不同砾石含量对陕北沙壤土上方有来水工程堆积体坡面产流产沙的影响,为生产建设项目水土流失治理提供数据支撑和理论参考。[方法]通过室内模拟降雨试验,研究不同砾石含量(0,10%,20%,30%,40%)工程堆积体坡面土壤水动力学特性及产流产沙特征。[结果]①降雨强度相同,随砾石含量增加,工程堆积体坡面初始产流时间表现为递减趋势,减幅为27.22%~64.62%,35.09%~71.70%,47.37%~78.77%,51.75%~82.31%。次降雨径流率表现为“迅速增加—稳定波动”的变化趋势,平均径流率随砾石含量、降雨时间的增加显著增大;但产流峰值随砾石含量增加而降低,且出现时间逐渐提前。②试验各场次雷诺数的变化范围介于74.13~165.05,均小于500,水流属于层流;弗劳德数的变化范围集中在2.14~3.71,表现为急流。水流剪切力、水流功率和单位水流功率随降雨场次的增加而显著增加。③0%~40%砾石含量工程堆积体坡面侵蚀速率介于0.45~6.73,0.13~4.09,0.25~1.26,0.14~0.96,0.13~0.88 g/(m^(2)·min),各砾石含量堆积体减沙幅度分别为36.06%,49.05%,55.23%和56.62%,其中砾石高覆盖度(40%)的沙壤土工程堆积体坡面土壤侵蚀强度较小。[结论]砾石覆盖在沙壤土工程堆积体坡面的水土流失过程中可显著降低土壤侵蚀速率,从而实现拦蓄水土,保持较高的减沙效益。

关键词：工程堆积体砾石含量连续降雨产流产沙

模拟降雨条件下砾石含量对塿土工程堆积体坡面产流产沙的影响

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应用生态学报 2022年第11期33卷 3027-3036页

作者：李瑞栋王文龙娄义宝白芸康宏亮崔志强卢正军西北农林科技大学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 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 榆林学院陕西榆林719000 鄂尔多斯市民达煤炭有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017000

为探究砾石含量对塿土堆积体坡面产流产沙的影响,采用室内人工模拟降雨试验,以土质坡面为对照,研究5种砾石含量(10%、20%、30%、40%、50%)堆积体坡面在不同降雨强度(1.0、1.5、2.0、2.5 mm·min^(-1))下的产流产沙特征。结果表明:不同... 详细信息

为探究砾石含量对塿土堆积体坡面产流产沙的影响,采用室内人工模拟降雨试验,以土质坡面为对照,研究5种砾石含量(10%、20%、30%、40%、50%)堆积体坡面在不同降雨强度(1.0、1.5、2.0、2.5 mm·min^(-1))下的产流产沙特征。结果表明:不同试验条件下的平均径流率在2.18~13.07 L·min^(-1),不同雨强条件下平均径流率均在砾石含量10%(或20%)和50%时分别达到最大值与最小值;平均流速在0.06~0.22 m·s^(-1),流速变化复杂,砾石含量越小,流速变幅越大,变异系数也越大,砾石含量10%时平均流速最大。砾石的存在可有效抑制产沙,最大减沙效益可达84.2%,雨强相较于砾石含量对平均产沙率的影响更大。偏相关分析表明,平均径流率、流速、产沙率均与砾石含量呈极显著负相关;平均产沙率与平均径流率、平均流速以及二者交互项均呈极显著线性函数关系,其中,与平均径流率的相关性最强。本研究可为塿土区工程堆积体水土流失治理和侵蚀模型的建立提供参考。

关键词：模拟降雨砾石含量产流产沙工程堆积体塿土

渤中凹陷古潜山砂砾岩抗压强度和砾石含量与射孔弹穿深关系

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石油钻采工艺 2023年第3期45卷 289-295页

作者：张兴华盛廷强周宝锁林立明李鸿儒揭志军李必红中海石油(中国)有限公司天津分公司中海油田服务股份有限公司物华能源科技有限公司

渤中凹陷古潜山砂砾岩储层非均质性强、岩性致密,储层改造困难,为此开展了模拟储层复杂压力条件下穿砂砾岩靶的射孔试验,分析砂砾岩储层射孔穿深的主要影响因素。研究结果表明:相同条件下射孔弹在砂砾岩中穿深远小于砂岩,当砂砾岩石强... 详细信息

渤中凹陷古潜山砂砾岩储层非均质性强、岩性致密,储层改造困难,为此开展了模拟储层复杂压力条件下穿砂砾岩靶的射孔试验,分析砂砾岩储层射孔穿深的主要影响因素。研究结果表明:相同条件下射孔弹在砂砾岩中穿深远小于砂岩,当砂砾岩石强度超过150 MPa后,超深穿透射孔弹在井下穿深小于200 mm,对目前国内外射孔弹能否有效穿透污染带存在较大挑战;随着砾石含量的提高,射孔穿深呈递减趋势,砾石含量每增加10%,平均穿深降低4.7%,岩石抗压强度和砾石含量是影响穿深的主要因素;由于砂砾岩储层岩性致密,岩石本身受应力影响较弱,对射孔孔道穿深影响较小。研究结果对砂砾岩储层射孔完井方案的优化设计具有一定的指导意义。

关键词：砂砾岩储层射孔穿透深度岩石强度有效应力砾石含量

基于REE示踪法的工程堆积体坡面泥沙来源研究

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水土保持研究 2024年

作者：魏育超陈姿宇王子吟魏宇航张一博王达未谢永生骆汉中国科学院水利部水土保持研究所中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心西北农林科技大学水土保持科学与工程学院中国科学院大学

[目的]探究生产建设项目工程堆积体坡面侵蚀的泥沙来源,更有针对性地布设水土流失防治措施,减少人为扰动造成的水土流失。[方法]结合室内人工模拟降雨试验与REE(Rare Earth Elements)示踪技术,研究90 mm/h雨强下不同砾石含量[0(纯土),10... 详细信息

[目的]探究生产建设项目工程堆积体坡面侵蚀的泥沙来源,更有针对性地布设水土流失防治措施,减少人为扰动造成的水土流失。[方法]结合室内人工模拟降雨试验与REE(Rare Earth Elements)示踪技术,研究90 mm/h雨强下不同砾石含量[0(纯土),10%,20%,30%]工程堆积体坡面不同坡位的侵蚀特征及侵蚀贡献率。[结果](1)不同砾石含量堆积体各坡位侵蚀量均为下坡位最大,同时下坡位平均侵蚀贡献率(57.40%)大于上坡位和中坡位,表明下坡位是坡面泥沙的主要来源。(2)含砾石堆积体坡面中坡位和下坡位的侵蚀量显著小于纯土堆积体。含砾石堆积体坡面上坡位和中坡位的侵蚀贡献率显著+大于纯土堆积体坡面,下坡位侵蚀贡献率显著小于纯土堆积体坡面。(3)砾石含量对下坡位侵蚀量和贡献率的影响更显著(p砾石堆积体中,20%砾石含量堆积体坡面上坡位和下坡位的侵蚀量显著大于10%,30%砾石含量堆积体。10%砾石含量堆积体坡面上坡位侵蚀贡献率显著大于20%,30%砾石含量堆积体坡面,下坡位侵蚀贡献率显著小于20%,30%砾石含量堆积体坡面。[结论]各砾石含量工程堆积体坡面中,下坡位侵蚀贡献率均最大,表明下坡位是工程堆积体坡面泥沙的主要来源,要加强工程堆积体下坡位的防护和治理。

关键词：土壤侵蚀 REE 砾石含量贡献率坡位

考虑砾石颗粒形状及含量影响的砂-砾石混合物离散元模拟直剪试验

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科学技术与工程 2022年第27期22卷 12084-12093页

作者：周光军徐慧何先宇谭德柱邹伟王银龙刘一鸣十堰路翔交通投资有限公司十堰442000 中铁十一局集团有限公司武汉430061 湖北工业大学土木建筑与环境学院武汉430068

砂-砾石混合物是一种典型具有复杂结构的二元混合材料,砾石的性质对混合填料的力学性能具有显著的影响。通过开展一系列砂-砾石混合物的离散元数值模拟研究,探讨了砾石颗粒形状以及砾石的含量对砂-砾石混合物宏细观力学特性的影响,以及... 详细信息

砂-砾石混合物是一种典型具有复杂结构的二元混合材料,砾石的性质对混合填料的力学性能具有显著的影响。通过开展一系列砂-砾石混合物的离散元数值模拟研究,探讨了砾石颗粒形状以及砾石的含量对砂-砾石混合物宏细观力学特性的影响,以及砾石颗粒形状和砾石含量对砂-砾石混合物力学特性产生影响的微观机理。宏观模拟结果表明,砾石含量与砾石颗粒形状都对砂-砾石混合物的宏观力学性质有显著影响,具体而言当砾石含量低于40%时,砾石含量对混合材料强度影响较小,而当砾石含量大于等于40%时,混合材料强度的强度随砾石含量的增加而显著提高。同时,研究发现当砾石含量较高时,砾石颗粒长宽比对混合材料的强度影响更加显著。混合物的体变则随着砾石含量以及砾石颗粒长宽比的增加而增加。细观分析从力链结构、配位数、各向异性以及颗粒转动的角度分析了砾石颗粒形状与砾石含量的微观影响机理。研究表明,当砾石含量较低时,混合体内的力链主要以砂颗粒组成,而当砾石含量超过40%以后,剪切过程中力主要在砾石颗粒之间传递,并且高砾石含量试样中砾石颗粒长宽比较大时,砾石颗粒间的咬合力更大,使得颗粒的错动、翻转更加困难,从而使得混合物试样强度和体应变显著提高。

关键词：离散单元法砂-砾石混合物直剪试验颗粒形状砾石含量

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砾石含量对土壤可蚀性因子估算的影响

土壤学报 2021年第5期58卷 1157-1168页

作者：杨苗苗杨勤科张科利李玉茹王春梅庞国伟西北大学城市与环境学院西安710127 北京师范大学地理科学学部北京100875 自然资源部第一地理信息制图院西安710054

砾石(>2 mm)是土壤组成部分之一,其含量对侵蚀产沙有重要影响。在土壤可蚀性因子(K)计算中充分考虑砾石含量的影响,计算所得土壤可蚀性因子会更加准确。利用30弧秒分辨率土壤砾石含量和土壤质地等级等数据,利用文献报道的砾石含量与土... 详细信息

砾石(>2 mm)是土壤组成部分之一,其含量对侵蚀产沙有重要影响。在土壤可蚀性因子(K)计算中充分考虑砾石含量的影响,计算所得土壤可蚀性因子会更加准确。利用30弧秒分辨率土壤砾石含量和土壤质地等级等数据,利用文献报道的砾石含量与土壤渗透性和土壤侵蚀关系估算方法,在全球范围内分析估算砾石含量对土壤可蚀性因子的影响。结果表明,(1)土壤剖面中砾石的存在,通过降低土壤入渗速率(土壤渗透性等级增加5.68%)、增加地表径流而使土壤侵蚀增加,进而使全球土壤可蚀性因子增加4.43%;砾石覆盖通过保护土壤免遭雨滴打击和径流冲刷减少侵蚀,在山地、荒漠(沙漠和戈壁)地区,这一影响会使土壤可蚀性值减小约18.7%。考虑土壤剖面砾石含量和表面砾石覆盖综合影响时,土壤可蚀性因子降低5.52%。(2)以砾石影响为主的地区,占全球62.7%,土壤可蚀性因子可降低0.0091(t·hm^(2)·h)·(hm^(-2)·MJ^(-1)·mm^(-1));以剖面砾石影响为主的地区,占全球的31.1%,土壤可蚀性因子增加0.0019(t·hm^(2)·h)·(hm^(-2)·MJ^(-1)·mm^(-1))。(3)剖面和表面砾石共同作用使6个样区土壤流失速率减少约11.8%。因此,剖面砾石的存在会增加土壤可蚀性,而表面砾石覆盖会减少土壤可蚀性,综合影响使土壤侵蚀降低。在区域土壤可蚀性制图研究中,应考虑这两个方面的影响,进而提高土壤可蚀性因子的制图精度。

关键词：砾石含量砾石覆盖入渗速率饱和导水率土壤可蚀性

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连续降雨下不同砾石含量工程堆积体土壤侵蚀

水科学进展 2019年第2期30卷 210-219页

作者：吕佼容张文博胡锦昇骆汉谢永生中国科学院水利部水土保持与生态环境研究中心陕西杨凌712100 中国科学院大学北京100049 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100

为探究砾石对工程堆积体土壤侵蚀的影响与其作用机制,通过室内模拟降雨研究了连续降雨下不同砾石含量的重壤质堆积体水蚀过程。结果表明:①堆积体砾石含量增加,坡面产流历时延长,产流率线性减小,土壤剥蚀率降低;②连续降雨下,堆积体所... 详细信息

为探究砾石对工程堆积体土壤侵蚀的影响与其作用机制,通过室内模拟降雨研究了连续降雨下不同砾石含量的重壤质堆积体水蚀过程。结果表明:①堆积体砾石含量增加,坡面产流历时延长,产流率线性减小,土壤剥蚀率降低;②连续降雨下,堆积体所含砾石主要通过对坡面产流历时、坡面产流率、砾石覆盖率的多重影响发挥减沙作用,主成分回归方程可表达多个变量与平均土壤剥蚀率的关系;③一定砾石含量下,堆积体坡面砾石覆盖率随表土的剥离而增大,导致土壤剥蚀率呈指数函数递减趋势,并与累积土壤侵蚀总量存在较好的函数关系。工程堆积体所含砾石对土壤侵蚀程度的削减可为生产建设项目下垫面水土保持治理提供重要参考。

关键词：工程堆积体砾石含量砾石覆盖率连续降雨主成分回归

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砾石含量及粒径对崩岗崩积体渗透特性的影响

水土保持学报 2017年第3期31卷 85-90,95页

作者：詹振芝黄炎和蒋芳市林金石李歆博王晓妍蔡佳翔福建农林大学资源与环境学院福建省土壤环境健康与调控重点实验室福州350002

为探讨砾石对崩积体渗透性的影响,采用环刀法对不同砾石含量及粒径条件下崩积体入渗特性的变化进行研究。结果表明:(1)0%,10%,20%,30%砾石含量崩积体进入稳渗时间在9~10min之间,40%,50%砾石含量崩积体进入稳定时间在19~20min之间。(2)... 详细信息

为探讨砾石对崩积体渗透性的影响,采用环刀法对不同砾石含量及粒径条件下崩积体入渗特性的变化进行研究。结果表明:(1)0%,10%,20%,30%砾石含量崩积体进入稳渗时间在9~10min之间,40%,50%砾石含量崩积体进入稳定时间在19~20min之间。(2)相同粒径砾石条件下,崩积体的初渗率、稳渗率、平均入渗率及入渗量随砾石含量的增加而增大;含2~3,3~5,5~10mm砾石崩积体的入渗参数在10%,20%,30%砾石含量时变化不大;当砾石含量为40%时,入渗参数随着砾石粒径的增大而减小;当砾石含量为50%时,含3~5mm砾石的崩积体的入渗参数最小。(3)Kostiakov公式拟合更适合模拟崩积体的入渗模型。

关键词：崩岗崩积体砾石含量砾石粒径土壤渗透

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砾石含量对土壤可蚀性因子估算的影响研究

土壤学报 2021年

作者：杨苗苗杨勤科张科利李玉茹王春梅庞国伟西北大学城市与环境学院北京师范大学地理科学学部

砾石（>2mm）是土壤组成部分之一，其含量对侵蚀产沙有重要影响。在土壤可蚀性因子（K）计算中充分考虑砾石含量的影响，计算所得土壤可蚀性因子会更加准确。利用30弧秒分辨率土壤砾石含量和土壤质地等级等数据，利用文献报道的砾石含... 详细信息

砾石（>2mm）是土壤组成部分之一，其含量对侵蚀产沙有重要影响。在土壤可蚀性因子（K）计算中充分考虑砾石含量的影响，计算所得土壤可蚀性因子会更加准确。利用30弧秒分辨率土壤砾石含量和土壤质地等级等数据，利用文献报道的砾石含量与土壤渗透性和土壤侵蚀关系估算方法，在全球范围内分析估算砾石含量对土壤可蚀性因子的影响。结果表明，（1）土壤剖面中砾石的存在，通过降低土壤入渗速率（土壤渗透性等级增加5.68%）、增加地表径流而使土壤侵蚀增加，进而使全球土壤可蚀性因子增加4.43%；砾石覆盖通过保护土壤免遭雨滴打击和径流冲刷减少侵蚀，在山地、荒漠（沙漠和戈壁）地区，这一影响会使土壤可蚀性值减小约18.7%。考虑土壤剖面砾石含量和表面砾石覆盖综合影响时，土壤可蚀性因子降低5.52%。（2）以砾石影响为主的地区，占全球62.7%，土壤可蚀性因子可降低0.0091（t·hm;·h）·(hm;-2(·MJ;·mm;)；以剖面砾石影响为主的地区，占全球的31.1%，土壤可蚀性因子增加0.0019（t·hm;·h）·(hm;·MJ;·mm;)。（3）剖面和表面砾石共同作用使6个样区土壤流失速率减少约11.8%。因此，剖面砾石的存在会增加土壤可蚀性，而表面砾石覆盖会减少土壤可蚀性，综合影响使土壤侵蚀降低。在区域土壤可蚀性制图研究中，应考虑这两个方面的影响，进而提高土壤可蚀性因子的制图精度。

关键词：砾石含量砾石覆盖入渗速率饱和导水率土壤可蚀性