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摘要
坡面径流是松散介质斜坡上颗粒发生搬运滚动的水动力条件。为研究坡面径流对斜坡散粒体颗粒稳定性的影响,开展室内水槽冲刷试验。试验设置3种粒径和4种坡度,通过高速摄像仪捕获斜坡散粒体受水流冲刷起动过程,获得不同条件下颗粒冲刷起动的临界径流水深hcr。试验结果表明:在同一粒径条件下,起动水深hcr随着斜坡坡度的增大而减小;在坡度为20°、22°时,起动水深hcr随着粒径的增大,出现先增大后减小的情况,而在坡度为24°、26°时,起动水深hcr随着粒径的增大而增大,分析原因可能是当粒径增大引起坡体渗透性的改变是影响颗粒稳定性的主控因素时,颗粒更容易受水流的渗透作用而发生运移。为合理解释试验现象,建立斜坡径流–渗流耦合模型来分析坡面径流条件下颗粒的稳定性变化情况,通过将水流的流速特征与颗粒的受力起动特性结合起来,给出临界水深hcr的理论表达式,其主要受颗粒粒径、颗粒比重、孔隙率、坡体渗透率和斜坡坡度等因素共同控制。通过将试验结果与计算结果进一步对比发现,在同一粒径区间内,临界水深hcr的实测值与理论值均随坡度的增大而减小,而理论值与实测值之间的相对误差随坡度的增大而增大,但其均控制在35%以内,并对产生该误差的原因进行了分析。为修正实测值与计算值之间的误差,应用MATLAB的神经网络模块对数据进行拟合,建立含两个神经网络结构的临界水深hcr修正公式,精度较高。
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