草皮护坡破坏临界水流条件试验研究【WORD可复制可编辑】

1、 :/ docin /week114草皮护坡破坏临界水流条件试验研究钟春欣，张玮，应翰海河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京 210098摘要：对应于草皮护坡破坏时的床面切应力值，可以用冲刷历时和摩阻流速来描述草皮护坡破坏时的临界水流条件。室内水槽冲刷试验说明，草皮护坡可能出现两种破坏情况：发生严重的局部破坏，或发生均匀破坏。试验得到的植被区床面切应力与流速平方之间存在非线性关系，与理论推导相符。在草皮护坡破坏之前植被区床面切应力先随冲刷时间的增加而减小，而后趋于稳定。发生局部破坏时，植被区床面切应力产生突变，发生均匀破坏时，植被区床面切应力保持稳定。在同等水流条件下，加筋草皮

2、护坡较之天然草皮护坡具有更大的破坏临界床面切应力值。对于同种护坡形式，破坏点的床面切应力值随着流速的增大而增大。关键词：三维植被网；加筋草皮；临界水流条件；破坏点；床面切应力；摩阻流速；试验研究1前言在河渠护岸工程中，常用草对低渗透性的土坡进行衬护。草皮能承受一定强度的水流冲刷，作为抵抗外部流场的外表防冲层十分有效。草皮被水流破坏是因为植物根部的土壤被冲走，以及水流对植物的曳引力所造成的。在水流的作用下，由于草根周围土壤的侵蚀而使草皮发生冲刷，因此将削弱草的锚固作用，直至草被水流曳引力带走1。草皮的冲刷状况与岸坡的平安稳定密切相关，因此确定草皮护坡破坏时的临界水流条件至关重要。不管是在试验水槽

3、还是在实际的明渠河道中，草皮护坡被破坏都是因为床面切应力对植被的曳引作用造成的。因而对于同种坡面条件及植被条件的草皮护坡，其破坏时的临界床面切应力值应当是绝对的。因此可以通过室内水槽冲刷试验得出草皮护坡破坏时的临界床面切应力值，并用相应的摩阻流速 U * 及冲刷历时来描述实际河道中草皮护坡破坏时的临界水流条件。本课题得到水文水资源与水利工程科学国家重点实验室开放基金资助2004405211-1- :/ docin /week1142试验设计与方法本次试验选用的低渗透性土壤为水稻土，属于壤土类重壤土，其性质指标见表 1 和表 2。采用分层填充砸实的方法使土壤容重上下均匀，容重控制在 1.5g/c

4、m左右。考虑到实际河道中水位变动以及降雨入渗对边坡土体强度及植被生存的影响，试验前将箱内土体及植被用静水淹没浸泡，使边坡土体充分浸润。试验植被选用耐淹性强且易于繁殖的狗芽根(Cynodon dactylon)和高羊茅(Festuca arundinacea)，按照狗芽根 75、高羊茅 25的比例进行混播。植被平均高度 10cm经过修剪处理，在特制的模型箱内进行室外养护，草皮养护时间 4 个月。试验使用的加筋材料为 EM3 型绿色三维土工网垫，其性能参数见表 3。试验用三维植被网加筋草皮及天然草皮试件的制备工序为：模型箱内充填土壤铺网覆土播种前期养护。试验设备由离心式清水泵、配水管路及地下回水廊

5、道、LDZ-4B 型电磁流量计、阀门、空气压差计、PVC 板模型箱和封闭有机玻璃水槽断面尺寸为200mm 100mm 等构成，试验装置如图 1 所示。试验过程中观察草皮的冲刷情况，测量植被区的水头损失，记录相应的试验现象及冲刷时间。表1试验土壤土粒含量粒级(mm)水稻土0.250.5170.25-0.057.330.05-0.0135.30.01-0.00512.40.005-0.00118.70.00547.3物理性粘粒13412263.10.51546378.20.6131.524173.60.420.252.524240.10.490.33424187.80.438.5412255.70

6、.511.5424266.40.521-6-植被区床面切应力(N/m2)(N/m ) :/ docin /week1145结论1 天然草皮或加筋草皮护坡可能出现两种破坏情况：发生严重的局部破坏，或发生均匀破坏；2 试验得到的植被区床面切应力与流速平方之间存在非线性关系，与理论推导相符；3 在草皮护坡破坏之前植被区床面切应力先随冲刷时间的增加而减小，而后趋于稳定；4 发生局部破坏时，植被区床面切应力产生突增，发生均匀破坏时，植被区床面切应力保持稳定。5 在同等水流条件下，加筋草皮护坡较之天然草皮护坡具有更大的破坏临界床面切应力值。对于同种护坡形式，破坏点的床面切应力值随着流速的增大而增大。参考文

7、献1 R W Hemphill, M E Bramley. 河渠护岸工程M.中国北京：中国水利水电出版社，2000.6488.2 李家星.水力学上册M.中国南京：河海大学出版社，1996.128178.-7- :/ docin /week114Experimental Research on Destructive Critical FlowCondition of Revetment with Grass CoverZHONG Chun-xin, ZHANG Wei, YING Han-hai(State key Laboratory Of Hydrology-Water Resources

8、 And Hydraulic Engineering, HohaiUniversity, Nanjing 210098)AbstractIn correspondence with the bed shear stress, scour duration and frictional velocity are used todescribe the critical flow condition of turf destruction. Laboratory scour experiment proves that, thereare two kinds of destruction for

9、revetment with grass cover. One is heavy local scour failure, another isaffine failure. The experimental shear stress above vegetation zone has nonlinear relation with velocitysquare, which accorded with theoretic derivation. Before the turf destruction occurring, shear stressabove vegetation zone i

10、ncreases with the scour duration and then goes to stabilization. Shear stressabove vegetation zone has sudden variation when local scour failure occurs, and keeps stabilizationwhile affine failure is make. Under the same flow conditions, the critical bed shear stress of reinforcedturf is larger than that of natural turf. As far as the same format revetments are concerned, bed shearstress at breaking point increase with the velocity.Key words： threedimensional vegetation net；reinforced turf； critical flow condition；breaking point；bed shear stress；frictional velocity；experimental resear