南方山区浅层滑坡植物防治虚拟仿真实验

南方山区浅层滑坡植物防治虚拟仿真实验

南方山区浅层滑坡植物防治虚拟仿真实验

1. 实验方法描述：   观察判断法：本实验通过场景模拟展现不同特征的坡面。学生点击任何坡面，观察坡体的特征参数，判断坡脚是否有裂痕、坡顶是否有裂痕、以及是否有地下水漏出成泉，结合系统给出的其他滑坡因子信息判断坡体的稳定性。   控制变量法：对于初学者，系统固定了一组参数作为场景设计。学生根据需求可以选择树种筛选或密度调控环节的实验。在树种筛选中，有6种树种作为供试树种，学生可以任选3种进行测试，分别在三个方案界面上实施操作。在密度调控环节中，针对其中一个树种对比三种不同的栽植密度，进行对比实验。自主设计法：在自主设计环节，系统给定特定场景的参数以及任务要求。学生在分析场景参数的基础上，查看林木固坡分析环节的结果，也可以查看其他同学的试验结果。分析规律后，在特定坡面设计树种、搭配比例、及栽植模式等。

学生交互性操作步骤说明

总体步骤包括滑坡风险评估、林木固坡分析和植物防治实践三个环节。 滑坡风险评估是认知环节，学生通过对坡面的坡度、高度、岩土结构、植被盖度及坡体表现特征等进行观察和分析，对坡面的稳定状态作出初步的定性评估。 林木固坡分析是探究环节，探究根系穿插和林冠耗水对坡面稳定性的影响，学生通过单变量和多变量控制法掌握不同植物在生长过程中对坡体稳定性的影响。 植物防治实践是实践环节，学生根据系统随机给定场景参数，设计不同植物的搭配比例来提高坡体稳定性，实现抵御多年一遇的强降水，防止滑坡发生。
1

步骤1 坡体特征观察

进入滑坡风险评估环节后，在当前小流域中，有5个轮廓高亮显示的坡体，通过改变视角可以观察坡体的特征参数。如需学习知识点，可以点击知识引导，进行理论知识的学习。
2

步骤2 危险性评价

对当前小流域内的5个坡体观察之后，需要逐一点击坡体进行危险性评价，在弹出的坡体信息调查表上对相应的坡体特征做出判断，结合系统给出其他坡体信息参数，判断坡体稳定性的状态。
3

步骤3 场景分析

进入林木固坡分析环节后，系统会给出默认的场景参数，根据场景内的预设的参数条件，初步评判坡面稳定性。建议初次实验者以默认参数继续下一步，但如需修改参数可以点击修改，自己设计场景。点击确认后，进入下一步方案对比实验，屏幕被分割成3块相同条件的坡体，从左到右分别对应方案A、B、C。
4

步骤4 树种选择与优化

点击树种筛选子环节，进入树种对比的界面，可以在树种库中选择任何3个树种进行测试。点击任何树种，会弹出相关信息，包括该树种的分布区域、生长环境、根系特征、及林冠蒸腾等。
5

步骤5 密度调控

点击密度调控子环节，进入密度对比的界面，设置树种的栽植密度，可以分别在3个坡面上设定4种栽植密度中的任何一种。另外还有一个固坡优化子环节，可以同时设置树种和密度进行综合分析，这里不再重复。
6

步骤6 定制调查时间

点击定制调查时间按钮后，依次逐个添加需要调查的时间点，范围为第1年到第20年，为了数据拟合的需要，建议至少选择5个以上年份。
7

步骤7 滑坡影响因子调查

影响滑坡的因素有很多，各个因子的测定在实体实验中已经学过，这里主要考核学生是否掌握哪些因子是对计算滑坡稳定性系数所必须的。首先分析这些参数的作用，如果确认是稳定性系数所必须的，点击选项框收集记录该数据。
8

步骤8 根系抗拉强度的测量

选中滑坡影响因子调查表中根系抗拉强度复选框，在弹出抗拉强度和应变关系曲线图中有4个数据点，需要选择一个作为正确答案。主要考核学生对抗拉强度曲线的识别和数据点选择。
9

步骤9 根土面积比测量

选中滑坡影响因子调查表中根土面积比复选框，在弹出根系图中有4个土层切面，需要选择一个作为实验测量土层。主要考核学生根据坡体深度选择合适的土层切面根土面积比。
10

步骤10 根系生长

点击查看根系生长，弹出小窗口显示根系生长的动态过程（图2-8-10），土壤层和不透水的岩石层用不同颜色表示，观察根系在生长过程中是否能穿插进入岩石层，何时能进入，以及根系的形状分布。通过对比不同树种的根系生长特征，掌握根系穿插功能。
11

步骤11 模拟降雨测试

点击“模拟降雨”环节后，弹出雨强设置窗口，默认为20mm/h。模拟降雨对坡面的影响极其与树种的交互作用主要体现在土壤含水量的变化和坡面稳定系数的变化。依次3个分屏幕的方案进行模拟降雨测试，观测降雨后水膜在土壤层和岩石层之间的形成过程、土壤含水量的变化、及稳定性系数的变化。
12

步骤12 稳定性分析

生长周期模拟结束之后，系统根据学生事先定制的调查时间点，给出3个实验方案各个时间点的Fs值，再拟合成随时间变化的曲线，分析植物生长过程中坡体稳定性系统变化规律。可以重复步骤3-12，系统记录每次实验。
13

步骤13 任务分析

系统给出植物防治的实际任务，根据任务要求分析，在给定的坡面上计算坡体的稳定性。
14

步骤14 方案设计

通过查看林木固坡分析环节的实验记录（包括其他同学实验记录），设计适合当前坡面的植物防治方案。如需查看其他树种的实验记录，点击查看记录表，计算分析当前记录。分析植物数据之后，进行树种配置、设计混交比例、密度设定等方案的设计，确认后提交。
15

步骤15 植物防治方案的验证

点击验证按钮后，开始下暴雨，验证设计的坡面是否能维持稳定，此时右上角出现裸露坡面在暴雨下发生滑坡的过程。
END