喀斯特槽谷区岩石与坡面夹角对坡面集中流水力学特性的影响

摘要：

喀斯特槽谷区地表出露的岩石与坡面形成不同夹角,塑造了复杂的微地貌,显著改变坡面集中水流路径,使得水流特性发生重大变化.目前,不同岩石与坡面夹角下集中流水力学特性的变化特征还不清楚.通过室内放水冲刷模拟试验,研究了3个坡度(10°、15°和20°)、3个冲刷流量(5、7.5、10 L·min–1)和6个岩石与坡面夹角(30°、60°、90°、120°、150°和180°(0°))组合条件下喀斯特槽谷区地表集中流的水力学特性.结果表明:集中水流雷诺数(Re)随冲刷历时变化趋势较复杂,试验条件下,Re随流量的增大而增大,随坡度变化规律不明显,变化范围为517～3343.Darcy-Weisbach阻力系数(f)随冲刷历时表现出增大的变化趋势,其随坡度增大而增大,随流量增大而减小,变化范围为0.62～5.70.Re和岩石与坡面夹角关系均不显著,f和岩石与坡面夹角间的关系在各流量和坡度组合下表现不同.f与Re之间的耦合关系受岩石与坡面夹角的显著影响,当岩石与坡面夹角小于90°时,f-Re关系用对数方程描述比较好;夹角大于等于90°时,则用幂函数方程描述更好.试验条件下,当Re<1791时,f与Re关系不显著;当Re>1791时,f与Re则呈显著正相关.本研究可为喀斯特槽谷区土壤侵蚀预报模型的建立提供依据.

关键词：喀斯特;岩石与坡面夹角;地下裂隙;雷诺数;阻力系数;集中流

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分类号：S157.2(土壤学)

资助基金：国家重点研发计划课题;国家自然科学基金项目

在线出版日期：2021-10-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：1179-1189