干湿循环对崩岗不同层次土体无侧限抗压强度的影响

针对发育于花岗岩出露区的崩岗土体易受干湿循环影响导致大量崩壁失稳等问题,通过开展一系列室内无侧限抗压强度试验,研究崩岗不同层次土体在干湿循环作用下无侧限抗压强度的变化规律,并且建立了在崩岗不同层次土体深度比和干湿循环次数共同影响下的无侧限抗压强度模型。结果表明:表土层、红土层、斑纹层、碎屑层在第1次干湿循环后无侧限抗压强度衰减幅度最大,分别为26%,15%,40%和49%;在第2~4次干湿循环后无侧限抗压强度衰减幅度逐渐减小;在第5次干湿循环后无侧限抗压强度基本保持不变;随着干湿循环次数的增加,崩岗不同层次土体无侧限抗压强度总体表现为表土层红土层斑纹层碎屑层;在不同干湿循环次数下,崩岗不同层次土体的应力—应变曲线总体上呈应变软化型且应变为2%时达到峰值,但红土层在3次干湿循环时的应力—应变关系曲线局部波动性较强;无侧限抗压强度模型中预测值与实测值之间具有显著(R2=0.91)的相关关系,该模型在预测干湿循环对通城地区崩岗不同层次土体无侧限抗压强度影响中具有较高的应用价值。     

干湿循环下崩岗土体裂隙发育对其渗透性能的影响

渗透是崩壁降雨重分布的关键且直接影响其重力侵蚀过程。试验设计6次干湿循环,通过进行崩壁4层土壤的饱和渗透试验并结合数字图像处理技术,研究了干湿循环效应下崩壁4层土的裂隙演化规律及其对各层土饱和渗透性能的影响。结果表明:(1)随干湿循环次数的增加,表土层和红土层裂隙发育明显,裂隙率逐渐增加后趋于稳定,过渡层和砂土层几乎没有产生裂隙;表土层在第3次循环后裂隙几乎发育完全,裂隙率达到3.50%,形态纤细且破碎,而红土层在第1次循环后裂隙骨架基本定型,随着干湿循环的进行,裂隙宽度不断增大至一定程度时不再发生变化;(2)4层土壤渗透系数大小为砂土层>过渡层>红土层>表土层,表土层和红土层渗透系数随干湿循环的进行逐渐增加后趋于稳定,过渡层一直比较稳定,砂土层逐渐减小后趋于稳定;(3)土壤裂隙率与渗透系数之间存在二次函数关系,裂隙发育对土壤渗透性能的影响先增大后减小。研究结果可为降雨入渗-重分布下崩壁失稳机理研究提供科学依据。     

初始含水率对崩岗土体抗拉特性的影响

针对花岗岩发育的崩岗土体崩壁失稳等问题,通过单轴抗拉试验,研究了湖北通城地区不同初始含水率的崩岗土体抗拉强度特性。结果表明:初始含水率对崩岗土壤抗拉强度影响明显。土壤抗拉强度特征曲线为单峰型,表土层、红土层和红砂过渡层抗拉特征曲线在含水率W_C(24.4%)附近出现抗拉强度峰值,而砂土层在W_C(25.8%)出现抗拉强度峰值。崩岗不同层次土壤轴向拉伸长和径向收缩长随初始含水率呈现正相关关系,且土壤轴向拉伸率和径向收缩率与初始含水率拟合出相关系数较高的线性函数关系(除砂土层的径向收缩率与初始含水率呈指数函数关系)。低(18%～22%)、中(22%～30%)、高(30%～饱和)3种初始含水率区间下崩岗土壤持水机制分别为土壤毛细管持水机制、团粒水桥联结持水机制与团粒持水机制。研究结果可为崩岗科学防治提供一定的科学依据。     

干湿循环对崩岗土体稳定性的影响

通过对湖北通城花岗岩崩岗区发育典型的各层次土体(淋溶层、淀积层、过渡层、母质层)进行干湿循环试验,分析干湿交替次数对各层次土体裂隙发育、崩解性、抗剪强度的影响。结果表明,在干湿循环影响下,土体产生并逐渐发育裂隙,在第2次循环后,土体产生主要裂隙,裂隙比显著增加,此后循环发育出细小裂隙。4次循环后4个层次土体的裂隙比表现为淀积层淋溶层过渡层母质层。随着干湿循环次数的增加,裂隙发育,各层次土体崩解性不断增强,淋溶层和淀积层崩解缓慢,而过渡层和母质层能够在极短时间内完全崩解;随着干湿循环次数的增加,土体的抗剪强度不断衰减,淋溶层和淀积层衰减幅度减小,过渡层和母质层衰减幅度增大。     

花岗岩崩岗区不同土层的侵蚀水动力学特征

土壤剥蚀率是单位时间单位面积水流剥蚀土壤的质量,定量研究崩岗不同土层土壤剥蚀率对预测土壤剥蚀过程及建立崩岗侵蚀物理模型具有重要的理论和实践意义。针对湖北通城花岗岩崩岗区发育的表土层、红土层、砂土层、碎屑层,采用不同坡度(8.8%、17.6%、26.8%、36.4%、46.6%)和不同流量(0.2 Ls~(-1)、0.4 Ls~(-1)、0.6 Ls~(-1)、0.8 Ls~(-1)、1.0 Ls~(-1))相结合的室内放水冲刷试验,分析表土层、红土层、砂土层、碎屑层土体土壤剥蚀率与水动力学参数之间的关系,初步探讨花岗岩崩岗侵蚀的水动力学机制。结果表明:在一定坡度条件下,土壤剥蚀率随径流流量的增大而增大,且各土层土壤剥蚀率存在很大差异,碎屑层土壤剥蚀率最大,砂土层次之,表土层最小;在相同流量条件下,各土层土壤剥蚀率均随冲刷时间的延长逐渐降低并趋于稳定;径流剪切力、水流功率对崩岗各土层土壤剥蚀率的影响均可采用线性方程很好地描述(R~20.926),相比用单位水流功率拟合的多项式方程的相关性(R0.830)要高,径流剪切力和水流功率均可作为描述崩岗各土层土壤侵蚀的水动力学参数。表土层、红土层、砂土层、碎屑层的临界径流剪切力依次减小,分别为0.28Pa、0.13Pa、0.10Pa、0.07Pa,各土层土壤细沟可蚀性参数差异明显,碎屑层的最大,砂土层次之,表土层最小。因此,在崩岗垂直结构上,随着土层深度的增加,土体抵抗径流剥蚀的能力逐渐减弱。     

花岗岩崩岗区不同层次土壤分离速率定量研究

针对湖北通城花岗岩崩岗区发育的表土层、红土层、砂土层、碎屑层,利用钢制变坡冲刷水槽在不同坡度(8.8%,17.6%,26.8%,36.4%,46.6%)和不同流量(0.2L/s,0.4L/s,0.6L/s,0.8L/s,1.0L/s)组合下,研究花岗岩崩岗区不同层次土壤分离速率与流量、坡度的关系。结果表明:花岗岩崩岗区各层次土壤分离速率与流量和坡度均呈线性相关(R~2=0.958),随着流量和坡度的增大,各层次土壤分离速率逐渐增大,且增加速率呈上升趋势;花岗岩崩岗区崩壁垂直结构上,随着土体深度的增加,土壤分离速率逐渐增大,且各层次土壤分离速率差异显著,在一定坡度和流量下,碎屑层的分离速率最大,是砂土层的34.24倍,红土层的76.27倍,表土层的711.58倍;各层次土壤分离速率的流量—坡度模型可以用二元一次函数方程很好的拟合(R~20.933),且流量、坡度2个因子的叠加效果对碎屑层分离速率的影响最大,砂土层次之,表土层最小;采用Nash模型效率系数对拟合的流量—坡度模型效果进行检验后发现:各层次的效率系数均较高,预测值与实测值的贴近度较好,研究所得流量—坡度模型能很好的模拟南方花岗岩崩岗区的土壤分离速率。该研究对于解释崩岗侵蚀机理、建立崩岗侵蚀模型具有重要的指导意义。     

鄂东南花岗岩崩岗崩壁土壤水分特征研究

针对鄂东南地区崩岗崩壁不同层次的土壤水分特征进行研究,旨在区分各层次土壤水分与崩岗侵蚀的联系。结果表明,崩壁不同层次的土壤性质存在差异,同时土壤水分特征曲线有一定的变化规律,表土层和红土层持水能力强于斑纹层和碎屑层,土壤水分特征曲线用Gardner模型拟合有较好效果。利用TDR对崩壁水分含量进行测定发现,表土层的含水量从上到下呈现逐渐增大的趋势,红土层至碎屑层含水量逐渐变小。崩壁纵剖面由里到外逐渐减小,且表层土壤水平方向上的土壤含水量变化量要大于剖面底层。     

控制厚度条件下崩岗土体的裂隙演化特征

裂隙发育降低土体承载力、抗剪强度、凝聚力等力学特性,促使崩壁崩塌。在控制土体厚度（0.8,1.6,2.2 cm）条件下,对崩岗4层土体进行室内脱湿试验,通过相机定时定点拍照,并结合数字图像处理技术分析崩岗土体的裂隙演化特征。结果表明：（1）脱湿过程中土体变形均先产生核心收缩,后产生裂隙,且4层土中过渡层最早产生核心收缩与裂隙发育现象;（2）4层土之间,裂隙发育程度呈现为过渡层>红土层>表土层>砂土层,过渡层与砂土层的较大差异会破坏土体的稳定性,加速崩壁崩塌;（3）随着土体厚度的增加,裂隙发育现象减弱,核心收缩现象逐渐增强。对于直径为12 cm的崩岗土体,当厚度为2.2 cm时,无裂隙发育,仅产生核心收缩现象。研究结果可为研究崩壁崩塌机理、提高崩岗稳定性提供科学依据。     

干湿效应下崩岗区岩土抗剪强度衰减非线性分析

发育于花岗岩的崩岗侵蚀区红土受干湿变化影响显著。通过室内直剪试验,研究了不同干湿效应对崩岗侵蚀区岩土抗剪强度衰减的影响。试验处理采用5种干湿效应水平(风干48h、风干24h、自然含水率、浸30s和浸60s)。结果显示:土壤黏聚力c和内摩擦角φ随干湿变化呈非线性衰减趋势,当土壤含水率13%左右时,对应的抗剪强度指标出现峰值;峰值强度前符合线性递增规律,峰值强度后符合一阶指数衰减规律。在风干阶段,抗剪强度主要受裂隙性影响,而在增湿阶段,基质吸力是影响抗剪强度的主要因素;探讨了干湿循环效应对崩岗侵蚀发育的影响。     

鄂东南崩岗剖面土壤水分特征曲线及模拟

崩岗是我国南方花岗岩地区破坏性极强的水土流失类型。以鄂东南地区两个典型的崩岗剖面为对象,探讨崩岗剖面包括表土层、红土层、斑纹层和碎屑层的土壤水分特征及方程拟合过程,明确崩岗发生的水分运动机理。结果表明:崩岗土壤释水量伴随吸力呈规律性变化,其中斑纹层和砂土层低吸力时脱水能力大于表土层和红土层,高吸力时各个层次土壤水分特征曲线趋于平缓。利用当量孔隙的计算发现不同土层的孔隙变化也存在变化规律,均体现为由表土层至碎屑层土壤大孔隙比例增加而毛管孔隙减少。选取van Genuchten方程和Gardner方程对崩岗剖面土壤实测数据进行了曲线拟合,同时进行了两个方程的拟合评价,R2基本在0.9以上,同时残差平方和的数量级在10-3和10-5之间。研究表明,van Genuchten方程参数能够较好地拟合崩岗表土层和红土层土壤水分特征曲线的实测数据,误差相对较小,而Gardner方程适用于斑纹层和碎屑层土壤。     

鄂东南崩壁不同深度土层微形态特征及稳定性评价

为了深入认识崩壁不同深度土层微观结构特征和稳定性状况,选取鄂东南通城县一处发育完整的崩壁为研究对象,通过观察土壤薄片,定量和定性分析了崩壁6个不同深度土层的微形态特征,在此基础上,采用主成分分析对崩壁稳定性进行评价,并构建了崩壁稳定性评价体系的微形态指标最小数据集(MDS)。结果表明:(1)崩壁不同深度土层微形态差异显著。表土层土壤基质颜色呈现暗红色,基质比较高(0.91),团聚体和孔隙状况发育成熟,孔隙连通性较好。红土层基质颜色以红色为基调,随深度增加逐渐变浅,基质比为0.69(平均值),土壤团聚体结构弱发育,孔隙类型以囊孔和裂隙为主,连通性较差。砂土层主要以未风化完全的矿物颗粒为主,基质比极低(0.25),孔隙类型以矿物颗粒间隙为主。(2)各土层稳定性微形态评价得分从大到小排序为:表土层(TC₁)>红土层(TC₂>TC₃>TC₄)>砂土层(TC₅>TC₆),与多数土壤微形态指标间呈现显著正相关(p<0.05)。(3)崩壁土体稳定性微形态评价的最小数据集(MDS)由土壤基质颜色、土壤基质类型、土壤基质比、土壤团聚体、土壤微结构、总孔隙百分比和有机质含量7个指标构成。综上,不同深度土层微形态特征差异是崩壁土体稳定性具有层次分异性的重要因素之一。基于土壤微形态分析及建立的最小数据集评价体系,可以对崩壁土体的稳定性进行初步的监测。     

控制高径比条件下崩岗土体的收缩开裂特性

崩岗土体的收缩开裂受到多种因素的影响。该研究为研究高径比对其影响,共设计10组高径比,通过定点拍照记录脱湿前与脱湿结束时的土体形态变化,结合数字图像处理技术进行定量分析,探讨在控制高径比条件下崩岗土体的收缩开裂规律。结果表明：1）崩岗4层土中,过渡层的裂隙性、径向收缩性能最强,砂土层最弱,两者之间的较大差异会严重破坏崩岗土体的稳定性与承载力,促使崩壁崩塌;2）高径比较小的试样裂隙发育显著,径向收缩不明显;高径比较大的试样无裂隙发育,径向收缩显著。其中,4层土由干缩开裂土样过渡至径向收缩土样的高径比具体临界值分别位于：0.147～0.160、0.160～0.183、0.160～0.183、0.134～0.147;3）当高径比相同时,即使高度、直径不一致,但其各裂隙参数、径向收缩率具备相似性,轴向收缩率随厚度的增加而增加;4)随高径比的增加,收缩含水率逐渐增大,开裂含水率逐渐减小,两者之间的差值可以表示脱湿过程中土体产生抗拉强度的大小。收缩开裂裂隙度、宽径比、径向收缩率随高径比的增加整体呈现增大的趋势,其余参数均呈现减小的趋势。其中,4层土中,过渡层的收缩开裂特性受高径比影响最显著,砂土层受影响程度最小。研究结果可为揭示崩岗崩塌机理提供科学依据。     

崩岗不同土层渗透差异及其影响因素研究

崩岗不同土层的水分渗透性能对其土壤侵蚀特征具有重要影响。研究采用“环刀法”对崩壁垂直剖面22个不同深度土层的渗透特性进行了研究。结果表明:崩岗垂直剖面的渗透特性存在较大差异,红土层的渗透性能总体上优于砂土层和碎屑层,表层0.1 m以下存在一层厚度约1 m的弱透水层。对不同土层影响渗透的因子进行回归分析可知,弱透水层影响渗透的主要因子为容重和机械组成,砂土层影响渗透的主要因子为黏粒含量,碎屑层影响渗透的因子主要为机械组成。     

Acidification of a sandy grassland favours bacteria and disfavours fungal saprotrophs as estimated by fatty acid profiling

We have investigated the structure of a microbial community in semi-natural sandy grassland in southeast Sweden. The sand is rich in lime, but in most places the soil is decalcified in the upper layers, and therefore this site shows a large variation in pH within short distances. We collected samples at three different soil depths (0-10 cm, 10-20 cm and 20-30 cm) and found the pH to range from 5 to 8 in the topsoil and from 4.5 to 9.5 in the deepest layer. The abundance of saprophytic fungi and bacteria was investigated using signature phospholipid fatty acids and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) using the neutral lipid fatty acid 16:1ω5. The PLFA pattern of the topsoil was different from that in the other two layers, as indicated by principal component analysis. The saprotrophic fungi were associated with high pH, and bacteria with low pH in these sandy soils. No relation was found between pH and AMF in the topsoil, while a positive relation was found in the deepest soil layer. The saprophytic fungi-to-bacteria ratio was constant with depth, while the AMF-to-bacteria ratio increased with soil depth. The results showed that high soil pH favoured fungal saprophytes in sandy grasslands and that AMF are relatively more abundant than the other two groups in deeper soil layers; particularly so when the pH is high.     

干湿效应下崩岗土体的裂隙演化及收缩变形规律

为提高崩岗土体稳定性,抑制崩壁崩塌.试验共设计6次干湿循环,利用工业相机对脱湿过程中崩岗4层土进行定时定点拍照并结合数字图像处理技术,研究干湿效应下崩岗土体的裂隙演化及收缩变形规律.结果表明:(1)脱湿过程中土体形态变化顺序为轴向收缩、径向收缩和裂隙发育;(2)表面裂隙率与液限、塑性指数、黏粒含量呈显著正相关关系,4层...     

花岗岩红壤丘陵区崩岗土体界限含水量的温度效应研究

水分和温度会显著影响花岗岩红壤的力学状态,是崩岗发生和发展的两大驱动因素.以崩壁三个土层土壤:红土层、砂土层和碎屑层为研究对象,在15、25、40和60℃温度条件下对三个土层土壤的液塑限和结合水含量开展研究.结果表明:红土层的液限、塑限和塑性指数均高于砂土层和碎屑层,碎屑层土壤的液塑限最小.崩岗土壤的液塑限与细黏粒、有...