本发明专利技术涉及研究降雨条件下排土场边坡坡面侵蚀的实验方法，包括在实验槽内分层铺设模拟土体并压实，模拟土体的内核为实际露天煤矿排土场内部的矿渣混合物，模拟土体的表层覆土为排土场边坡的腐殖土覆土；进行人工削坡，得到边坡，使得模拟土体的纵截面呈直角梯形；再在边坡表层种植植被，培养植被生长；模拟土体上方设有人工降雨装置，包括若干个喷头，人工降雨前先进行雨滴中径与终点速度率定；开启人工降雨装置，喷头向模拟土体上表面喷水，模拟降雨，并记录总径流量；边坡表面的土壤在模拟降雨的作用下发生水体流失，滑落至边坡底部的样品收集装置，记录样品收集装置内的泥沙产量，判断水土流失情况。
1、我国大型煤矿多位于干旱、半干旱地区，例如内蒙古高原、黄土高原及沙漠化地带，这里生态环境极其脆弱。建国以来，我国主要采用露天煤矿开采方法，露天采煤直接剥离表土和煤层的上覆岩层，并在采区内、外分层堆置剥离的岩土形成排土场，排土场分层堆置，每层边坡的顶部和底部设一个平台，逐级向上，形成类似塔形山。
2、排土场剥离岩土呈混合松散状，构成形态独特，是露天矿产沙策源地，也是工矿建设区水土流失最为严重的区域。在水土流失方面，大多数学者主要研究黄土高原边坡，排土场的岩土分散、搬运、沉积规律与黄土高原不同，无法沿用黄土高原的研究成果。因此，大型露天煤矿排土场坡面径流侵蚀产沙过程研究，对矿区水土保持和生态恢复具有重要的现实意义。
3、目前可知，降雨特性对排土场边坡侵蚀具有重要影响。然而，自然降雨特性复杂，操控难度大，本领域主要采用人工降雨进行实验研究。但人工降雨与自然降雨差别较大，本领域技术人员在人工降雨的哪些方面的性质对排土场边坡侵蚀影响较大方面，还没有定论，导致实验研究的标准不统一，无法系统性研究。
>3、s2：进行人工削坡，得到边坡，使得模拟土体的纵截面呈直角梯形；再在边坡表层种植植被，培养植被生长；4、s3：模拟土体上方设有人工降雨装置，包括若干个喷头，人工降雨前先进行雨滴中径与终点速度率定；
5、s4：开启人工降雨装置，喷头向模拟土体上表面喷水，模拟降雨，并记录总径流量；边坡表面的土壤在模拟降雨的作用下发生水体流失，滑落至边坡底部的样品收集装置，记录样品收集装置内的泥沙产量，判断水土流失情况。
6、可选的，步骤s1中，具体包括：
7、(1)先分别测定实际排土场边坡表面的腐殖土和内部矿渣混合物的土壤容重，对于边坡表面的腐殖土，深度每20cm测定一次容重，直至不含腐殖土；
8、对于排土场内部的矿渣混合物，测定一次土壤容重即可；
9、(2)取排土场的矿渣混合物，去除大石块，再喷水，直至容重达到步骤(1)测定的矿渣混合物土壤容重；矿渣混合物分层铺设，每层铺设完成后，先进行压实，再铺设下一层；
10、(3)取排土场的腐殖土，先去除腐殖土里的杂质(如废浆石、杂草等)，然后把腐殖土均匀地平铺摊开，再喷水，直至容重达到步骤(1)测定的腐殖土的土壤容重；将腐殖土均匀拌和，然后均匀铺设，盖上塑料膜，模拟土体设置完成。
11、进一步可选的，步骤(1)中，土壤容重的测定方法为常规方法；
12、步骤(2)中，每层矿渣混合物的厚度为15-25cm；压实时，用重物(例如铁饼)从30cm高处落下，均匀击实土层，尽量将土层间的气泡挤出，有利于固结，以减小实验槽内壁对产流、产沙以及入渗的影响；在每一层击实完成后，用环刀在若干个不同部位取样，测定该层的容重是否达到步骤(1)测定的矿渣混合物土壤容重，若没达到，则再次喷水；
13、环刀取样后，将土层表土打毛，以消除两层土壤之间的垂直层力，增加土体间的紧密程度，使得相邻土层之间结合良好，防止边坡坡度较大时土层产生滑移。
14、由于本专利技术的步骤s2要进行削坡，一般的方形实验槽无法满足削坡需求，因此本专利技术提供一种实验槽，实验槽为长方体，包括主体槽、可拆卸的三角侧壁和活动侧壁，主体槽为梯形体，主体槽的两个相对的侧壁为梯形，且顶部具有向下倾斜的顶边，另外两个相对的侧壁为方形，且主体槽前端的方形侧壁的高度大于后端的方形侧壁的高度；
15、活动侧壁为方形，用于连接高度较小的方形侧壁的顶部，活动侧壁的两个竖直侧边分别设有一条对接槽，用于对接两侧的三角侧壁；
16、三角侧壁用于连接主体槽的梯形侧壁的顶边，形成实验槽的方形的侧壁，三角侧壁的竖直侧边设有向外凸出的插槽片，用于插入活动侧壁对应的对接槽内。
17、进一步可选的，所述主体槽为直角梯形体，主体槽前端的顶部为一段水平段；实验槽的材质为透明的亚克力材质，便于观察内部土层状态。
18、进一步可选的，步骤s1中，两个三角侧壁和活动侧壁与主体槽插接形成一个长方体后，在实验槽内铺设形成长方体的模拟土体；在步骤s2削坡之前，拆除三角侧壁和活动侧壁，露出模拟土体的一个三角体部分，等待削坡；该三角体部分被削除后，留下的模拟土体为梯形体，具有水平的坡顶和倾斜向下的坡面，能够模拟实际排土场的平台和边坡的位置关系。
19、常规的实验思路是直接铺设一个梯形体的模拟土体，但是分层铺设过程中要分层压实，倾斜的边坡压实时，既承受垂直于坡面的作用力，又承受竖直向下的作用力，竖直向下的作用力将造成土壤向下滑动，不仅不利于形成整体较为牢固的边坡，而且会在边坡内部形成断层或滑坡的隐患，这种影响无法量化探明，而且会加重边坡的水土流失，因此直接铺设模拟土体，将产生较大的实验误差。
20、本专利技术先制作一个长方体的模拟土体，水平铺设各层且水平压实，消除了模拟土体内部断层或滑坡的隐患，形成一个各方向均衡的方块土体，尽量减少实验误差。
21、可选的，步骤s2中的人工削坡，具体包括：
22、(4)先使用两个削坡刀分别从主体槽的左右两侧、沿着主体槽的倾斜顶边，向着靠近彼此的方向移动，进行一次削坡，两个削坡刀停止时，刀刃之间具有间距；
23、(5)再使用这两个削坡刀分别从主体槽的前后两侧、沿着主体槽的倾斜顶边，向着靠近彼此的方向移动，进行二次削坡，彻底削出倾斜的边坡。
24、进一步可选的，步骤(4)中，当两个削坡刀停止削坡时，两个刀刃的间距占边坡宽度的20-23％，经过一次切削后，边坡中间两个刀刃之间的部分没有被切削。若没被切削的部分过宽，则二次切削的前后方向的切削负担较大，对边坡该方向的影响也较大，最终影响实验结果；若没被切削的部分过窄，则两个削坡刀刀刃过近，不好控制一次切削的停止，导致削坡刀损坏。
25、步骤(5)中，当两个削坡刀停止削坡时，两个削坡刀的刀刃相互接触，彻底将削坡刀上方的土体削断。由于步骤(4)已经完成了大部分的削坡面积，仅余中间的沿边坡长度方向的一道土体需要削断，大大减少了步骤(5)的切削负担，而且使得步骤(5)中削坡刀的移动阻力减小，速度控制更为容易，更能达到两个削坡刀刀刃接触、但不互相损坏的效果。
26、本专利技术提出的削坡方法是先横向削切，并遗留一小部分土体，再纵向削切，将模拟土体彻底切断。横向削切大部分土体，完成大部分削坡任务，横向削切对土体产生的是横向作用力，对于总体斜向下的水土流失影响较小。剩下小部分任务由步骤(5)的纵向削切完成，纵向向下本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.研究降雨条件下排土场边坡坡面侵蚀的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，步骤S1中，具体包括：
3.根据权利要求2所述的实验方法，其特征在于，步骤(2)中，每层矿渣混合物的厚度为15-25cm；压实时，用重物从高处落下，均匀击实土层；然后，用环刀在若干个不同部位取样，测定该层的容重是否达到步骤(1)测定的矿渣混合物土壤容重，若没达到，则再次喷水；环刀取样后，将土层表土打毛。
4.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，所述实验槽为长方体，包括主体槽、可拆卸的三角侧壁和活动侧壁，主体槽为梯形体，主体槽的两个相对的侧壁为梯形，且顶部具有向下倾斜的顶边，另外两个相对的侧壁为方形，且主体槽前端的方形侧壁的高度大于后端的方形侧壁的高度；
5.根据权利要求4所述的实验方法，其特征在于，所述主体槽为直角梯形体，主体槽前端的顶部为一段水平段；实验槽的材质为透明的亚克力材质，便于观察内部土层状态；
6.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，步骤S2中的人工削坡，具体包括：
>7.根据权利要求6所述的实验方法，其特征在于，步骤(4)中，当两个削坡刀停止削坡时，两个刀刃的间距占边坡宽度的20-23％；8.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，所述人工降雨装置包括移动支架、供水总管、若干个供水分管和喷头，移动支架架设在主体槽上方，若干个供水分管相互平行，供水分管的一端滑动连接移动支架，另一端连接供水总管；每个供水分管的下表面均匀设置若干个喷头，用于向下方的边坡均匀喷水，以模拟降雨；供水总管连接储水罐。
9.根据权利要求6所述的实验方法，其特征在于，步骤S4中，所述样品收集装置包括锥形的收集器和样品桶，收集器上大下小，收集器的顶部对接边坡底部，收集器的底部对接样品桶，样品桶底部设有称量装置，用于记录泥沙产量。
10.根据权利要求9所述的实验方法，其特征在于，为了消除削坡对边坡水土流失实验的影响，提出了修正因子F，F由以下公式确定：
...
【技术特征摘要】
1.研究降雨条件下排土场边坡坡面侵蚀的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，步骤s1中，具体包括：
3.根据权利要求2所述的实验方法，其特征在于，步骤(2)中，每层矿渣混合物的厚度为15-25cm；压实时，用重物从高处落下，均匀击实土层；然后，用环刀在若干个不同部位取样，测定该层的容重是否达到步骤(1)测定的矿渣混合物土壤容重，若没达到，则再次喷水；环刀取样后，将土层表土打毛。
4.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，所述实验槽为长方体，包括主体槽、可拆卸的三角侧壁和活动侧壁，主体槽为梯形体，主体槽的两个相对的侧壁为梯形，且顶部具有向下倾斜的顶边，另外两个相对的侧壁为方形，且主体槽前端的方形侧壁的高度大于后端的方形侧壁的高度；
5.根据权利要求4所述的实验方法，其特征在于，所述主体槽为直角梯形体，主体槽前端的顶部为一段水平段；实验槽的材质为透明的亚克力材质，便于观察内部土层状态；
<...
【专利技术属性】
技术研发人员：张萌，陈俊彬，赵荣华，张晓广，刘祥，钟晓勇，金述茂，林旭楠，陈珂蕊，清海，孙静阳，张荟琪，兰凯杰，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。