弱电网下基于对称锁相环的并网变流器稳定性分析及优化设计

这是一篇关于并网变流器,弱电网,频率耦合,对称PLL,稳定性分析,优化设计的论文, 主要内容为随着以风力发电、光伏发电为代表的新能源通过电力电子接口接入电网,现代电力系统的形态被深刻改变,逐渐呈现出高比例可再生能源和高比例电力电子化设备的“双高”特性。新型电力系统常会出现一系列稳定性问题,其中备受关注的便是次同步振荡问题。随着电网强度逐渐降低,因大规模新能源接入弱电网而引发的次同步振荡问题频发,严重影响了电力系统的安全稳定运行。研究表明,并网系统的次同步振荡问题多由频率耦合效应引发,而锁相环(PhaseLocked Loop,PLL)的不对称结构被认为是引起频率耦合效应的重要原因。在现有的抑制频率耦合的方案中,对称PLL结构由于其简洁有效的特点而受到广泛关注。虽然对称PLL在不引入其他前馈的前提下,仅通过自身结构的优化便抑制了频率耦合效应,但关于在弱电网下对称PLL结构对并网系统稳定性的影响,以及相应参数设计方案,仍然缺乏深入的讨论。为此,本文以对称PLL结构为切入点,研究弱电网下对称PLL对并网系统稳定性的影响,分析弱电网下对称PLL的参数优化设计方案。本文首先研究了对称PLL的结构。在dq坐标系下建立了三相并网变流器系统的小信号模型,推导了系统的传递函数框图。从数学层面分析了频率耦合效应产生的原因以及采用非对称结构的同步旋转坐标系锁相环(Synchronous Reference Frame PLL,SRF-PLL)的并网变流器频率耦合的传导规律。然后介绍了对称PLL的结构特点,基于频率耦合产生机理,分析了对称PLL结构的特殊性,明确其跟踪电网电压的特性和抑制频率耦合的特性,为后文分析弱电网下对称PLL对并网系统稳定性的影响打下基础。而后深入讨论了弱电网下对称PLL的稳定性问题。为了研究弱电网下对称PLL并网系统d轴和q轴之间的相互耦合关系,在并网变流器小信号模型的基础上,通过d轴到q轴的折算,分别得到SRF-PLL并网系统和对称PLL并网系统的q轴等效模型。基于该等效模型,分析了对称PLL所引入的对称正反馈环路对并网系统稳定性的负面影响,并将弱电网下应用SRF-PLL和对称PLL的并网系统进行对比,讨论两类并网系统在结构上的异同,描绘出对称PLL所引入的额外d轴电压追踪通路在弱电网下的特性,揭示了对称PLL在弱电网条件下削弱并网系统稳定性的机理,并在此基础上刻画出采用两类不同PLL的并网系统的稳定边界。针对对称PLL引起的稳定性问题,提出了一种对称虚拟阻尼策略,在保证对称PLL原有的频率耦合抑制特性的前提下减弱了其产生的负面影响,从而拓宽对称PLL在弱电网下的应用范围。最后研究了弱电网下对称PLL的优化设计方案。本文将双边频域设计方法和弱电网下对称PLL的参数设计相结合。首先通过双边伯德图分析了弱电网下电流环带宽和对称PLL带宽之间的关系。弱电网下并网系统的电流控制环和对称PLL通过电网阻抗相互耦合,不能再以常规的方式独立设计两环路的参数。分析指出当并网变流器的开关频率确定时,对称PLL带宽不能随着电流环带宽的增加而等比例增加,在弱电网下即便PLL带宽小于电流环带宽的十分之一,并网系统亦可能失稳。基于上述结论,为了更准确且简洁地设计对称PLL带宽,文章引入了双边频域设计方法,将以实传递函数表征的对称多输入多输出系统转化为以复传递函数表征的单输入单输出系统,分别绘制了弱电网下并网系统的双边幅相特性曲线,直接根据期望相位裕度选取所需PLL带宽,使得并网系统在弱电网下实现动态性能和稳态性能的统一,从而简化了系统的分析与设计。

弱电网下基于对称锁相环的并网变流器稳定性分析及优化设计

这是一篇关于并网变流器,弱电网,频率耦合,对称PLL,稳定性分析,优化设计的论文, 主要内容为随着以风力发电、光伏发电为代表的新能源通过电力电子接口接入电网,现代电力系统的形态被深刻改变,逐渐呈现出高比例可再生能源和高比例电力电子化设备的“双高”特性。新型电力系统常会出现一系列稳定性问题,其中备受关注的便是次同步振荡问题。随着电网强度逐渐降低,因大规模新能源接入弱电网而引发的次同步振荡问题频发,严重影响了电力系统的安全稳定运行。研究表明,并网系统的次同步振荡问题多由频率耦合效应引发,而锁相环(PhaseLocked Loop,PLL)的不对称结构被认为是引起频率耦合效应的重要原因。在现有的抑制频率耦合的方案中,对称PLL结构由于其简洁有效的特点而受到广泛关注。虽然对称PLL在不引入其他前馈的前提下,仅通过自身结构的优化便抑制了频率耦合效应,但关于在弱电网下对称PLL结构对并网系统稳定性的影响,以及相应参数设计方案,仍然缺乏深入的讨论。为此,本文以对称PLL结构为切入点,研究弱电网下对称PLL对并网系统稳定性的影响,分析弱电网下对称PLL的参数优化设计方案。本文首先研究了对称PLL的结构。在dq坐标系下建立了三相并网变流器系统的小信号模型,推导了系统的传递函数框图。从数学层面分析了频率耦合效应产生的原因以及采用非对称结构的同步旋转坐标系锁相环(Synchronous Reference Frame PLL,SRF-PLL)的并网变流器频率耦合的传导规律。然后介绍了对称PLL的结构特点,基于频率耦合产生机理,分析了对称PLL结构的特殊性,明确其跟踪电网电压的特性和抑制频率耦合的特性,为后文分析弱电网下对称PLL对并网系统稳定性的影响打下基础。而后深入讨论了弱电网下对称PLL的稳定性问题。为了研究弱电网下对称PLL并网系统d轴和q轴之间的相互耦合关系,在并网变流器小信号模型的基础上,通过d轴到q轴的折算,分别得到SRF-PLL并网系统和对称PLL并网系统的q轴等效模型。基于该等效模型,分析了对称PLL所引入的对称正反馈环路对并网系统稳定性的负面影响,并将弱电网下应用SRF-PLL和对称PLL的并网系统进行对比,讨论两类并网系统在结构上的异同,描绘出对称PLL所引入的额外d轴电压追踪通路在弱电网下的特性,揭示了对称PLL在弱电网条件下削弱并网系统稳定性的机理,并在此基础上刻画出采用两类不同PLL的并网系统的稳定边界。针对对称PLL引起的稳定性问题,提出了一种对称虚拟阻尼策略,在保证对称PLL原有的频率耦合抑制特性的前提下减弱了其产生的负面影响,从而拓宽对称PLL在弱电网下的应用范围。最后研究了弱电网下对称PLL的优化设计方案。本文将双边频域设计方法和弱电网下对称PLL的参数设计相结合。首先通过双边伯德图分析了弱电网下电流环带宽和对称PLL带宽之间的关系。弱电网下并网系统的电流控制环和对称PLL通过电网阻抗相互耦合,不能再以常规的方式独立设计两环路的参数。分析指出当并网变流器的开关频率确定时,对称PLL带宽不能随着电流环带宽的增加而等比例增加,在弱电网下即便PLL带宽小于电流环带宽的十分之一,并网系统亦可能失稳。基于上述结论,为了更准确且简洁地设计对称PLL带宽,文章引入了双边频域设计方法,将以实传递函数表征的对称多输入多输出系统转化为以复传递函数表征的单输入单输出系统,分别绘制了弱电网下并网系统的双边幅相特性曲线,直接根据期望相位裕度选取所需PLL带宽,使得并网系统在弱电网下实现动态性能和稳态性能的统一,从而简化了系统的分析与设计。

不同坡度及降雨条件下通城县崩岗崩壁稳定性分析

这是一篇关于崩岗崩壁,降雨入渗,坡度,稳定性分析,侵蚀龛的论文, 主要内容为崩岗作为南方水土流失最严重的一种特殊的土壤侵蚀形式之一,它是一种重力和水力联合作用的综合侵蚀,是以重力作用为主的崩塌,水力作用是促进崩岗发育的重要因素。崩岗灾害危害巨大,一旦发生使地表土千疮百孔,给当地人民带来生命和财产上的威胁,也会给防洪安全、粮食安全、生态平衡带来压力,是振兴花岗岩红壤丘陵山区经济发展的障碍。因此,崩岗侵蚀过程及其崩塌规律长期以来备受社会的关注。崩壁是崩岗侵蚀的主体,崩岗启动崩塌主要是由崩壁岩土稳定性减低所致,其中土含水量和坡度是主控崩壁当前稳定程度的重要指标。崩岗的发育与雨水入渗密不可分,降雨径流在崩岗形成的前期-侵蚀龛、沟道等地貌出现过程中提供了主要侵蚀动力。由于花岗岩崩壁土体的差异性风化显著,不同土层抗侵、抗冲刷等能力分异较大,在连续降雨期下部松散的砂土层极易被爆流掏刷后形成空腔(龛)。随龛的内凹深度d增加,龛上覆土层边坡(简记为SP1)稳定性下降,故必有一个龛深d值致使SP1恰好崩塌,将这个d命为龛临界深度D0。若d小于D0,但SP1土含水率长期高于天然含水率时崩壁尚处于稳定状态,设想如增加SP1土含水率时(比如在暴雨期),因SP1土体力学特性被水劣化,故也必有一个含水率值使SP1恰好崩塌,将这个含水率值命为SP1的临界水分含量。目前有关崩岗的研究多从室内试验或以崩岗调查为基础的定性描述为主展开,缺少对崩岗侵蚀作用的数值模拟研究,定量去评价崩壁稳定性、预测崩壁启动崩坍(塌)风险性的报道还很少。因此,本研究选取鄂东南通城县一典型崩岗区为对象,通过野外采集崩壁各土层(表土层、红土层、砂土层、碎屑层)土壤样品,并结合土工试验来标定各土层的基本物理参数。在前人研究的基础之上,基于多门交叉学科理论,通过问题提出、研究方法的确定、数值计算和结果讨论及对比验证4大方面,借助ABAQUS软件,主要从崩壁坡度、水分及龛的演变的角度定量探讨了崩壁的稳定性及崩岗侵蚀作用,取得了以下主要成果:1)降雨、地表蒸发等导致的干湿交替会引起土体强度的劣化,特别是对易受水影响的崩壁剖面的稳定性产生影响;而崩岗侵蚀沟的外扩对坡度敏感性较强。为此,根据实际选取了8种崩壁坡度(30°、35°、40°、50°、60°、70°、80°、90°),并采用风干或浸泡试验设计了6种干湿水平,通过快剪试验获得了土层抗剪强度与含水率的对应关系,采用限元强度折减法完成了48种工况下崩壁的稳定性计算分析,并通过一系列数据拟合导出了预测崩壁稳定性安全系数Fs的经验公式。模拟结果表明:随坡度的增大,坡度对崩壁临界滑面特征变化的影响程度减小,Fs呈对数型降低趋势;建立了Fs与含水率之间的定量关联,并发现随含水率的增大,Fs先增后减,含水率对滑动面特征变化的影响程度先减后增再减,且影响程度相对坡度而言更大。可以将崩壁的坡度和按土层厚度加权的平均含水率带入分段表达的双指标经验公式来估算鄂东南通城地区崩岗当前的稳定性。2)参考通城降雨资料,拟定三种降雨工况(工况1:降雨总时164.00h且雨强q1为6mm/h;工况2:降雨时长22.88h且雨强q2为43mm/h;工况3:2011年6月10日两百年一遇的大暴雨),从崩壁渗流-应力两场耦合角度,运用数值试验探讨了降雨及地下水影响崩岗侵蚀的过程与机理。长期小雨下崩壁发生中下部土层局部被淘空与深部滑移相结合的破坏,短时强雨下则表现为坡面浅层流滑破坏。但无论何种降雨类型都存在一个形成龛的降雨前期阶段,直到龛深达到一极限值,转为历时较短的崩壁失稳前的降雨后期阶段。降雨入渗产生的渗流区域主要分布在浅层,引起表层土体持续软化,剪应力明显增大。伴随着降雨历时的延长,坡面浅土层出现暂态饱和区且湿润峰逐渐向崩壁深处推移。降雨期间地下水位逐渐抬升并以出露泉的方式对砂土层下部直接造成侵蚀。3)为分析崩壁因龛的规模扩大或红黏土体水分增加而逐渐失稳最终崩坍的定量过程,以期理解龛的形态与崩岗侵蚀的关系,基于圣维南原理建立崩壁-龛二维数值简化模型,提出了模拟龛深增加的“开挖模拟算法”及提高计算精度的“二分法”。对龛深极限值D0进行了定量分析,并运用正交试验对诱发崩壁崩塌的因素进行主次评价,选取若干未降雨条件下不至于崩壁失稳的龛深,探讨了这些龛深与SP1的临界饱和度之间的定量方程式。结果显示:龛深d与Fs服从线性负相关函数关系;SP1土层的含水量是引起崩塌的最重要因子,坡度对崩壁稳定性影响较大,龛高相对砂土层厚度的比例及崩壁高度对崩壁的稳定性影响极小。d与红黏土层的临界饱和度之间的负相关性可用二次多项式表达。结合数值结果,通过最小二乘法建立崩壁崩坍预测公式△Sr0*≈16.577-0.9572d-0.8469d2,该公式有较强的预测能力和适应能力,其结果具有一定的参考意义。通过查阅文献并与前人的研究成果做对比,来验证数值计算结果的合理性与适用性。成果可为崩岗灾害的防治体系提供清晰的方向。

自适应丘陵山地拖拉机底盘的设计研究

这是一篇关于丘陵山地,山地拖拉机底盘,传动系统,自适应调平机构,稳定性分析,有限元分析的论文, 主要内容为我国是丘陵山地大国且山地地形复杂,目前专用于丘陵山地区的拖拉机底盘相对缺乏,而普通的拖拉机在丘陵山地作业会出现动力不足,易翻倾,转弯半径大,作业效率低等问题,很难适应丘陵山地区的复杂的工作环境,无法满足丘陵山地的作业需求。因此研制一种适应性强,稳定性高的丘陵山地拖拉机底盘意义重大。本文通过分析比较国内外丘陵山地拖拉机底盘的机构设计的优势,设计了一种具有可自适应调平多功能作业的动力底盘。主要研究结论如下:(1)针对丘陵山地的地貌特征,确定丘陵山地拖拉机底盘的总体技术方案和主要技术参数,该底盘配套动力为58.8kw(80马力),底盘轴距为1800mm,轮距为1296mm,最低离地间隙为312mm。传动系统采用机械传动,行走系统为四轮驱动形式,转向系统可实现全液压四轮异相位转向,底盘可实现自适应式调平,确保底盘高效完成田间作业。(2)底盘传动与行走系统的设计。底盘变速箱的选型和设计,所选择的变速箱有三个前进挡位,一个倒退挡位。前进挡位传动比依次分别为3.747,9.403,22.644,倒退挡位的传动比为10.563。快慢挡变速箱的设计,选型的变速箱挡位较少,无法满足丘陵山地的作业需求,因此在传动系统中增设快慢挡变速箱,快慢挡变速箱的传动比为2:1。锥齿轮动力换向箱的设计,根据动力传输和底盘调平需要,在前后驱动桥之间设计锥齿轮动力换向箱,动力换向箱的传动比为1:1。前后转向驱动桥的选型,所选前后转向驱动桥为同一型号,前后驱动桥呈对称布置,总传动比为12.6。底盘理论速度最低为0.91Km/h,最高理论速度为10.89 Km/h。结合自适应式丘陵山地拖拉机底盘整体的设计要求和最低离地间隙考虑,底盘所选型的轮胎为6.00-16普通断面斜交结构驱动轮胎,其断面宽度为165mm,外直径为745mm,负荷能力为495Kg。该轮胎抓地性强,承载能力高,可适应丘陵山地区的复杂路面。(3)底盘转向与制动系统的设计。采用前轮偏转和四轮偏转两种转向方式,前轮偏转最小理论半径为2003mm,四轮偏转最小理论半径为1494mm。底盘采用带式制动,通过皮带与制动鼓的摩擦力矩完成制动。(4)底盘调平系统的设计。该底盘采用三点铰接结构调平方式,铰接装置分别布置前后转向驱动桥差速器壳体上以及前转向驱动桥内侧。前后桥差速器壳体上的铰接的摇摆支撑座与车架前后端通过螺栓固定,前桥内侧铰接点与车架一侧的铰接点通过液压油缸联接,通过控制液压油缸活塞的伸缩来完成底盘车身的调平,确定底盘调平范围在-25°～25°区间,运用simulink建立了调平机构的运动学仿真,通过仿真结果确定调平油缸角度范围在63.9°～107.5°之间,角速度范围在-0.2061～-0.1535rad/s之间,角加速度范围在0.0358～-0.0035rad/s2之间,满足作业需求。(5)底盘的性能分析,对底盘的纵横向稳定性以及越障性能进行了理论分析,得出结论:该自适应丘陵山地拖拉机底盘上坡和下坡极限翻倾角分别为55.38°和44.03°,上坡和下坡纵向滑移角分别为26.62°和13.18°,最大横向翻倾角为40.01°,由于最大调平角度的限制,达不到最大横向翻倾角,横向极限滑移角为26°,驱动轮越障高度为264.5mm,均可适应丘陵山地作业需求。(6)底盘车架的设计以及对车架与前转向桥的静力学分析。利用ANSYS Workbench软件对机架和前转向驱动桥在静态工况下的受力进行有限元分析,由分析结果可知:车架的最大应力为98.12MPa,最大位移为0.23mm,前转向驱动桥最大应力为31.179MPa,最大位移为0.07066mm,强度和刚度都满足设计要求。根据研究结论分析得出该底盘的结构设计符合丘陵山地区实际作业要求,满足丘陵山地各工况作业,对丘陵山地区农机化作业水平的提高具有重要意义。

弱电网下基于对称锁相环的并网变流器稳定性分析及优化设计

这是一篇关于并网变流器,弱电网,频率耦合,对称PLL,稳定性分析,优化设计的论文, 主要内容为随着以风力发电、光伏发电为代表的新能源通过电力电子接口接入电网,现代电力系统的形态被深刻改变,逐渐呈现出高比例可再生能源和高比例电力电子化设备的“双高”特性。新型电力系统常会出现一系列稳定性问题,其中备受关注的便是次同步振荡问题。随着电网强度逐渐降低,因大规模新能源接入弱电网而引发的次同步振荡问题频发,严重影响了电力系统的安全稳定运行。研究表明,并网系统的次同步振荡问题多由频率耦合效应引发,而锁相环(PhaseLocked Loop,PLL)的不对称结构被认为是引起频率耦合效应的重要原因。在现有的抑制频率耦合的方案中,对称PLL结构由于其简洁有效的特点而受到广泛关注。虽然对称PLL在不引入其他前馈的前提下,仅通过自身结构的优化便抑制了频率耦合效应,但关于在弱电网下对称PLL结构对并网系统稳定性的影响,以及相应参数设计方案,仍然缺乏深入的讨论。为此,本文以对称PLL结构为切入点,研究弱电网下对称PLL对并网系统稳定性的影响,分析弱电网下对称PLL的参数优化设计方案。本文首先研究了对称PLL的结构。在dq坐标系下建立了三相并网变流器系统的小信号模型,推导了系统的传递函数框图。从数学层面分析了频率耦合效应产生的原因以及采用非对称结构的同步旋转坐标系锁相环(Synchronous Reference Frame PLL,SRF-PLL)的并网变流器频率耦合的传导规律。然后介绍了对称PLL的结构特点,基于频率耦合产生机理,分析了对称PLL结构的特殊性,明确其跟踪电网电压的特性和抑制频率耦合的特性,为后文分析弱电网下对称PLL对并网系统稳定性的影响打下基础。而后深入讨论了弱电网下对称PLL的稳定性问题。为了研究弱电网下对称PLL并网系统d轴和q轴之间的相互耦合关系,在并网变流器小信号模型的基础上,通过d轴到q轴的折算,分别得到SRF-PLL并网系统和对称PLL并网系统的q轴等效模型。基于该等效模型,分析了对称PLL所引入的对称正反馈环路对并网系统稳定性的负面影响,并将弱电网下应用SRF-PLL和对称PLL的并网系统进行对比,讨论两类并网系统在结构上的异同,描绘出对称PLL所引入的额外d轴电压追踪通路在弱电网下的特性,揭示了对称PLL在弱电网条件下削弱并网系统稳定性的机理,并在此基础上刻画出采用两类不同PLL的并网系统的稳定边界。针对对称PLL引起的稳定性问题,提出了一种对称虚拟阻尼策略,在保证对称PLL原有的频率耦合抑制特性的前提下减弱了其产生的负面影响,从而拓宽对称PLL在弱电网下的应用范围。最后研究了弱电网下对称PLL的优化设计方案。本文将双边频域设计方法和弱电网下对称PLL的参数设计相结合。首先通过双边伯德图分析了弱电网下电流环带宽和对称PLL带宽之间的关系。弱电网下并网系统的电流控制环和对称PLL通过电网阻抗相互耦合,不能再以常规的方式独立设计两环路的参数。分析指出当并网变流器的开关频率确定时,对称PLL带宽不能随着电流环带宽的增加而等比例增加,在弱电网下即便PLL带宽小于电流环带宽的十分之一,并网系统亦可能失稳。基于上述结论,为了更准确且简洁地设计对称PLL带宽,文章引入了双边频域设计方法,将以实传递函数表征的对称多输入多输出系统转化为以复传递函数表征的单输入单输出系统,分别绘制了弱电网下并网系统的双边幅相特性曲线,直接根据期望相位裕度选取所需PLL带宽,使得并网系统在弱电网下实现动态性能和稳态性能的统一,从而简化了系统的分析与设计。

不同坡度及降雨条件下通城县崩岗崩壁稳定性分析

这是一篇关于崩岗崩壁,降雨入渗,坡度,稳定性分析,侵蚀龛的论文, 主要内容为崩岗作为南方水土流失最严重的一种特殊的土壤侵蚀形式之一,它是一种重力和水力联合作用的综合侵蚀,是以重力作用为主的崩塌,水力作用是促进崩岗发育的重要因素。崩岗灾害危害巨大,一旦发生使地表土千疮百孔,给当地人民带来生命和财产上的威胁,也会给防洪安全、粮食安全、生态平衡带来压力,是振兴花岗岩红壤丘陵山区经济发展的障碍。因此,崩岗侵蚀过程及其崩塌规律长期以来备受社会的关注。崩壁是崩岗侵蚀的主体,崩岗启动崩塌主要是由崩壁岩土稳定性减低所致,其中土含水量和坡度是主控崩壁当前稳定程度的重要指标。崩岗的发育与雨水入渗密不可分,降雨径流在崩岗形成的前期-侵蚀龛、沟道等地貌出现过程中提供了主要侵蚀动力。由于花岗岩崩壁土体的差异性风化显著,不同土层抗侵、抗冲刷等能力分异较大,在连续降雨期下部松散的砂土层极易被爆流掏刷后形成空腔(龛)。随龛的内凹深度d增加,龛上覆土层边坡(简记为SP1)稳定性下降,故必有一个龛深d值致使SP1恰好崩塌,将这个d命为龛临界深度D0。若d小于D0,但SP1土含水率长期高于天然含水率时崩壁尚处于稳定状态,设想如增加SP1土含水率时(比如在暴雨期),因SP1土体力学特性被水劣化,故也必有一个含水率值使SP1恰好崩塌,将这个含水率值命为SP1的临界水分含量。目前有关崩岗的研究多从室内试验或以崩岗调查为基础的定性描述为主展开,缺少对崩岗侵蚀作用的数值模拟研究,定量去评价崩壁稳定性、预测崩壁启动崩坍(塌)风险性的报道还很少。因此,本研究选取鄂东南通城县一典型崩岗区为对象,通过野外采集崩壁各土层(表土层、红土层、砂土层、碎屑层)土壤样品,并结合土工试验来标定各土层的基本物理参数。在前人研究的基础之上,基于多门交叉学科理论,通过问题提出、研究方法的确定、数值计算和结果讨论及对比验证4大方面,借助ABAQUS软件,主要从崩壁坡度、水分及龛的演变的角度定量探讨了崩壁的稳定性及崩岗侵蚀作用,取得了以下主要成果:1)降雨、地表蒸发等导致的干湿交替会引起土体强度的劣化,特别是对易受水影响的崩壁剖面的稳定性产生影响;而崩岗侵蚀沟的外扩对坡度敏感性较强。为此,根据实际选取了8种崩壁坡度(30°、35°、40°、50°、60°、70°、80°、90°),并采用风干或浸泡试验设计了6种干湿水平,通过快剪试验获得了土层抗剪强度与含水率的对应关系,采用限元强度折减法完成了48种工况下崩壁的稳定性计算分析,并通过一系列数据拟合导出了预测崩壁稳定性安全系数Fs的经验公式。模拟结果表明:随坡度的增大,坡度对崩壁临界滑面特征变化的影响程度减小,Fs呈对数型降低趋势;建立了Fs与含水率之间的定量关联,并发现随含水率的增大,Fs先增后减,含水率对滑动面特征变化的影响程度先减后增再减,且影响程度相对坡度而言更大。可以将崩壁的坡度和按土层厚度加权的平均含水率带入分段表达的双指标经验公式来估算鄂东南通城地区崩岗当前的稳定性。2)参考通城降雨资料,拟定三种降雨工况(工况1:降雨总时164.00h且雨强q1为6mm/h;工况2:降雨时长22.88h且雨强q2为43mm/h;工况3:2011年6月10日两百年一遇的大暴雨),从崩壁渗流-应力两场耦合角度,运用数值试验探讨了降雨及地下水影响崩岗侵蚀的过程与机理。长期小雨下崩壁发生中下部土层局部被淘空与深部滑移相结合的破坏,短时强雨下则表现为坡面浅层流滑破坏。但无论何种降雨类型都存在一个形成龛的降雨前期阶段,直到龛深达到一极限值,转为历时较短的崩壁失稳前的降雨后期阶段。降雨入渗产生的渗流区域主要分布在浅层,引起表层土体持续软化,剪应力明显增大。伴随着降雨历时的延长,坡面浅土层出现暂态饱和区且湿润峰逐渐向崩壁深处推移。降雨期间地下水位逐渐抬升并以出露泉的方式对砂土层下部直接造成侵蚀。3)为分析崩壁因龛的规模扩大或红黏土体水分增加而逐渐失稳最终崩坍的定量过程,以期理解龛的形态与崩岗侵蚀的关系,基于圣维南原理建立崩壁-龛二维数值简化模型,提出了模拟龛深增加的“开挖模拟算法”及提高计算精度的“二分法”。对龛深极限值D0进行了定量分析,并运用正交试验对诱发崩壁崩塌的因素进行主次评价,选取若干未降雨条件下不至于崩壁失稳的龛深,探讨了这些龛深与SP1的临界饱和度之间的定量方程式。结果显示:龛深d与Fs服从线性负相关函数关系;SP1土层的含水量是引起崩塌的最重要因子,坡度对崩壁稳定性影响较大,龛高相对砂土层厚度的比例及崩壁高度对崩壁的稳定性影响极小。d与红黏土层的临界饱和度之间的负相关性可用二次多项式表达。结合数值结果,通过最小二乘法建立崩壁崩坍预测公式△Sr0*≈16.577-0.9572d-0.8469d2,该公式有较强的预测能力和适应能力,其结果具有一定的参考意义。通过查阅文献并与前人的研究成果做对比,来验证数值计算结果的合理性与适用性。成果可为崩岗灾害的防治体系提供清晰的方向。