紫色丘陵区坡耕地生物埂的土壤抗蚀性综合评价

本文以紫色丘陵区坡耕地生物埂为研究对象,采用野外调查与室内分析相结合的方法对紫色丘陵区坡耕地桑树埂、花椒埂、紫花苜蓿埂、自然生草(狗尾草为主)埂模式下的土壤抗蚀性进行综合评价。结果表明:1)生物埂能有效增加土壤含水率和土壤有机质含量,改良土壤结构,且木本埂(桑树埂和花椒埂)改良效果更好。2)在评价生物埂土壤抗蚀性的四大类指标当中,变异程度最大的是水稳性团粒类指标,变异范围为46.84%~22.81%,平均变异达31.10%;其次为微团聚体类指标,变异范围为41.08%~20.55%,平均变异达30.97%;变异程度最小的为有机质,平均变异17.11%。3)通过主成分分析,13个用于表征研究区土壤抗蚀性的指标可优化为0.5 mm水稳性团聚体含量、团聚体分散率、水稳性指数和0.001 mm的黏粒含量4个指标。4)4种坡耕地生物埂模式下土壤抗蚀性综合指数大小依次为花椒埂桑树埂紫花苜蓿埂自然生草埂,抗蚀性强弱表现为花椒埂桑树埂紫花苜蓿埂自然生草埂。研究结果可为完善不同保护性耕作模式下土壤抗蚀性评价指标体系和区域性土壤抗蚀性评价及坡耕地水土保持措施的选择提供依据。     

紫色丘陵区坡耕地生物埂土壤结构特征及其对入渗的影响

以紫色丘陵区坡耕地生物埂为研究对象,采用土壤理化分析方法对紫色丘陵区坡耕地桑树埂、花椒埂、紫花苜蓿埂和自然生草埂模式下的土壤结构特征及其对入渗性能的影响进行分析。结果表明:(1)生物埂有效增加了土壤有机质含量,提高了土壤孔隙度,均表现为桑树埂花椒埂紫花苜蓿埂自然生草埂,相比自然生草埂,桑树埂、花椒埂、紫花苜蓿埂有机质含量分别增加了48.6%,45.8%,27.9%。生物埂提高了土壤大团聚体含量,改善土壤的团聚状况,增强了土壤结构稳定性;(2)不同生物埂土壤入渗速率随着时间的增加而逐渐减小,最后均趋于一个稳定值。入渗初期(0~2min),不同生物埂入渗率最大,桑树埂的初始入渗率最大(1.91mm/min),分别是花椒埂、紫花苜蓿埂和自然生草埂的1.05,1.28,1.61倍;随着时间的增加,土壤水分含量增加,入渗速率依然呈下降趋势,但下降趋势变缓;30min之后,土壤含水量达到饱和状态,入渗基本保持稳定,即达到了稳定入渗状态。且初始入渗率、稳定入渗率和平均入渗率变化趋势一致,依次为桑树埂花椒埂紫花苜蓿埂自然生草埂;(3)不同生物埂模式下土壤入渗性能与土壤容重呈极显著或显著负相关,与土壤有机质、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和粒径0.25mm水稳性团聚体呈极显著或显著正相关。     

土壤容重和含水率对紫色土坡耕地耕层抗剪强度的影响

土壤抗剪强度既可评价土壤侵蚀敏感性,也是反映耕层土壤耕作性能的重要参数。不同剪切方式下土壤抗剪强度指标存在一定差异,以紫色土坡耕地耕层土壤为研究对象,采用室内重塑土三轴及直剪试验方法,研究容重和含水率对紫色土坡耕地耕层土壤抗剪强度的影响,并分析了2种试验方法的差异性。结果表明:(1)紫色土坡耕地耕层土壤黏聚力(c)总体随容重(ρd)增大而增加,随含水率(w)增加而减小,三轴及直剪试验条件下黏聚力最大值均出现在容重1.4 g/cm^3、含水率10%水平下,分别为32.33,21.78 kPa。耕层土壤内摩擦角(φ)随容重增加而增大,随含水率增大而减小,三轴及直剪试验条件下内摩擦角最大值均出现在容重1.4 g/cm^3、含水率10%水平下,分别为22.67°,29.11°。(2)在同一围压下,耕层土壤最大主应力差随容重增加而增大,随含水率增加而减小;在同一容重和含水率水平下,耕层土壤的最大主应力差随着围压升高而增大。(3)耕层土壤容重、含水率的交互作用对黏聚力和内摩擦角影响显著(P<0.05),对坡耕地耕层土壤抗剪强度抵抗侵蚀作用的最优土壤容重-含水率条件为1.4 g/cm^3—10%。(4)不同剪切方式影响了土体抗剪强度指标,耕层土壤黏聚力在三轴试验条件下大于或接近直剪试验结果,而土壤内摩擦角则明显小于直剪试验结果,这主要与两种剪切试验原理差异有关。     

不同生物埂模式对川中丘陵区坡耕地土壤抗蚀性的影响

以川中丘陵区坡耕地生物埂为研究对象,采用野外调查与室内分析相结合的方法对坡耕地生物埂SS(桑树埂)、HJ(花椒埂)、ZH(紫花苜蓿埂)和CK(杂草埂)模式下的土壤抗蚀特征及其影响因素进行了分析。结果表明:(1)生物埂措施能有效增加土壤含水率和土壤有机质含量,提高土壤孔隙度,改良土壤结构;(2)通过主成分分析得到不同生物埂模式下土壤抗蚀性综合指数大小依次为HJSSZHCK,因此抗蚀性大小依次为HJSSZHCK;(3)利用相关性分析,得到影响土壤抗蚀性与土壤含水率、有机质、容重、孔隙度及机械组成呈显著或极显著关系。研究结果可为紫色土坡耕地生物埂防控水土流失提供依据。     

紫色土坡耕地不同生物埂的土壤稳定性分析

生物埂对坡耕地水土流失和面源污染具有重要防护作用。为研究紫花苜蓿、花椒和桑树对紫色土坡耕地生物埂土壤稳定性的作用,采用室内试验分析方法,测定了3种生物埂的土壤理化性质、土体抗剪强度及抗蚀性特征指标。结果表明:生物埂植被能显著改善土壤的理化性状,花椒和桑树生物埂可以有效增加土壤有机质含量,花椒生物埂有机质含量最高,3种生物埂砂砾(0.05 mm)和粉粒(0.002~0.05 mm)含量分别为37.44%~46.03%、42.11%~49.07%;花椒改善土壤结构稳定性效果最优,花椒生物埂以水稳性大团聚体(0.25 mm湿筛团聚体含量)含量最高(69.97%)花椒生物埂土壤微团聚体结构稳定性最好,其土壤团聚体破坏率最低、微团聚体分散率最小(37.01%)。此研究结果可为紫色土坡耕地生产潜力充分发挥和三峡库区坡耕地水土流失治理提供依据。     

紫色土坡耕地埂坎土壤裂隙发育及其对抗剪强度的影响

【目的】探究失水过程中埂坎的裂隙发育规律及其对抗剪强度的影响，为揭示埂坎失稳机制提供科学依据。【方法】以典型紫色土坡耕地埂坎为研究对象，模拟试验埂坎土壤水分耗散和裂隙发育过程，测试土壤抗剪强度，分析土壤抗剪强度与裂隙发育的关系。【结果】埂坎裂隙发育具有明显的阶段性特征，裂隙面积率、面积-周长比、形状指数和分形维数总体表现为先快后慢再趋于稳定。裂隙发育的阶段性对土壤抗剪强度及其参数的影响存在差异，快速发育阶段（31%≥w> 22%），裂隙发育和无裂隙发育试样的土壤抗剪强度、黏聚力和内摩擦角无明显差异；缓慢扩展和基本稳定阶段（22%≥w> 10%），裂隙发育通过影响土壤黏聚力对抗剪强度影响较大。试验条件下，裂隙发育试样的土壤抗剪强度总体小于无裂隙发育试样，土壤抗剪强度随含水率衰减而逐渐增大。裂隙发育和无裂隙发育试样抗剪强度的差异主要取决于土壤黏聚力，试验范围内的最小黏聚力（10.97 kPa）出现在质量含水率20%左右。裂隙发育试样的黏聚力随水分耗散的变化幅度不大，而内摩擦角则随水分耗散呈近似线性增大，裂隙发育试样的土壤抗剪强度主要受内摩擦角影响。【结论】紫色土坡耕地埂坎土壤裂...     

冻融作用对植被混凝土抗剪强度的影响

为探讨冻融作用对植被混凝土生态基材抗剪强度的影响,选取冷端温度、含水率和融化温度为影响因素,采用快剪试验监测原始样与冻融样的黏聚力和内摩擦角.结果表明：1）经历冻胀与融沉过程后,植被混凝土的黏聚力降低,内摩擦角在多数情况下表现为增大,二者的耦合作用显示抗剪强度有所降低;2）随着冷端温度的降低,植被混凝土冻融后的黏聚力逐渐减小,而内摩擦角却逐渐增大;3）含水率对植被混凝土黏聚力与内摩擦角的影响具有双重效应,随着含水率的增大,植被混凝土冻融后的黏聚力先快速减小而后缓慢减小至稳定值,而内摩擦角却逐渐减小;4）融化温度的改变不会造成黏聚力和内摩擦角的变化,仅影响冻结植被混凝土的融沉历时.     

紫色土和黄壤草本根土复合体抗剪性能试验研究

以重庆常见的紫色土和黄壤草本根土复合体为试验对象,研究含水率和含根量对土壤抗剪强度的影响,结果表明:①在试验含根量范围内,根系提高了土样抗剪强度,黏聚力和内摩擦角随含根量的增加而增大,但存在最优含根量区域,黄壤最优含根量为1%,紫色土最优含根量为0.6%;②在试验含水率范围内,黏聚力和内摩擦角受含水率影响显著(P<0.05),且随含水率的增加表现为先增加后减少,存在最优含水率,黄壤最优含水率为20%,紫色土最优含水率为25%;③在试验含水率范围内,含根量对紫色土黏聚力和内摩擦角的影响比黄壤大。     

紫色丘陵区坡耕地生物埂的土壤结构稳定性与抗蚀性分析

以紫色丘陵区坡耕地4种典型生物埂为研究对象,系统分析各种生物埂的土壤结构及其稳定性特点,并评价4种生物埂的土壤抗蚀性特征。研究表明:(1)生物埂能有效地改善土壤理化性质、提高土壤孔隙结构,以花椒埂和桑树埂的土壤理化性质改良效果最好,其次为紫花苜蓿埂;生物埂的土壤含水量和孔隙度与自然生草埂相比呈极显著增加(P<0.01)。(2)4种不同生物埂的土壤团聚体分布均匀,以>0.25mm大团聚体和水稳性团聚体含量最高;与对照相比,各种生物埂>0.25mm的水稳定性团聚体含量均呈显著性增加(P<0.05),增量大小依次为花椒埂(69.29%)>桑树埂(59.97%)>紫花苜蓿埂(47.92%)>自然生草埂(41.32%);生物埂的风干土团聚体分形维数在2.32～2.53之间,水稳性团聚体分形维数显著增加,以紫花苜蓿埂增加最小(0.33)。(3)与自然生草埂相比,各种生物埂的土壤结构稳定,抵抗降雨侵蚀能力高,抗蚀性能以乔木埂大于草埂,花椒埂抗蚀能力最高,其次为桑树埂。     

不同土地利用方式土壤抗剪强度及其影响因子分析

通过野外调查与室内试验相结合的方法,对比分析不同土地利用方式土壤抗剪强度及其与影响因子的关系,以期为研究区域不同土地利用方式水土流失评价提供一定科学依据。选取针阔混交林、灌木林、园地、坡耕地、荒地5种土地利用方式,观测土壤抗剪强度指标、容重、含水率、干密度、总孔隙度、土壤团聚体MWD值、粉/黏粒值,运用灰色关联法分析影响土壤抗剪强度的因素。结果表明:同一种土地利用方式土壤黏聚力从坡上到坡下逐渐减小;不同土地利用方式土壤抗剪强度大小顺序为:坡耕地园地针阔混交林荒地灌木林;土壤容重与土壤黏聚力C和内摩擦角φ的关联度最大,湿筛MWD值与土壤黏聚力C和内摩擦角φ的关联度最小;土壤抗剪强度分别与土壤容重、总孔隙度、含水率以及干密度呈线性关系。     

紫色丘陵区坡耕地生物埂土壤抗冲性研究

本文以紫色丘陵区坡耕地4种典型生物埂为研究对象,采用原状土冲刷水槽法系统分析各种生物埂的土壤抗冲性。结果表明:（1）各种生物埂径流含沙量随着冲刷时间的继续出现“先急剧减小后平稳减小直至稳定”的变化趋势。在冲刷0~3 min,各生物埂土壤的径流含沙量均较大,随后径流含沙量平稳变化并趋于稳定。（2）生物埂抗冲刷过程可划分为快速冲刷阶段（0~3 min）、慢速冲刷阶段（3~20 min）和平稳冲刷阶段（20~28 min）3个阶段。生物埂土壤抗冲性随着冲刷时间的增长而不断增强,两者之间可用幂函数表示,其R²值在0.848 7~0.989 9。（3）各种生物埂土壤抗冲性随着坡度的增大而降低,两者关系达到极显著水平（R²=0.790 7,N=12,p < 0.001）,可用幂函数表示。研究结果可为紫色丘陵区坡耕地生物埂措施合理布置及其稳定性评价提供科学依据。     

强风化砂岩夹板岩重塑土的剪切强度特性

以江苏省无锡市滨湖区雪浪山复绿边坡A段发生的大滑坡为例,研究强风化砂岩夹板岩重塑土在不同含水率和干密度下的三轴UU剪切强度特性,以便更好地服务于边坡的复绿工程.结果表明:含水率从15％增加到25％时,其黏聚力和内摩擦角均随着含水率的增加显著减小;当含水率分别为15％和25％时,随着干密度的增加,其黏聚力和内摩擦角均随着干密度的增加显著增大;但当含水率为20％时,其黏聚力随着干密度的增加而减小,内摩擦角不变.     

降雨作用下云南省红土抗剪强度与坡面侵蚀模数的关系

[目的]揭示降雨作用下云南省红土的含水率、干密度、抗剪强度、坡面侵蚀模数之间的关系,为进一步研究云南省红土的侵蚀机理提供理论依据。[方法]运用人工模拟降雨及土槽模型试验、土工试验及相关理论分析相结合的研究方法。[结果](1)研究区红土黏聚力随含水率的变化呈二次曲线关系,且在最优含水率附近存在极大值。红土内摩擦角随含水率的变化接近于线性关系,且随含水率的增大而减小。当干密度为1.0,1.1,1.2,1.3,1.4g/cm3时,黏聚力与含水率的相关系数R2最小为0.754,最大为0.934;内摩擦角与含水率的相关系数R2最小为0.944,最大为0.996。(2)红土黏聚力和内摩擦角随干密度的变化接近于线性关系;当含水率一定时,二者随干密度增大呈增加的趋势。(3)在试验含水率条件下,红土抗剪强度随含水率的增加而减小,当含水率超过最优含水率后减小的幅度尤为明显;抗剪强度随干密度的增加而增大。(4)降雨结束后,不同干密度的红土坡面侵蚀模数与红土抗剪强度呈二次曲线关系,相关系数R2达0.988。[结论]坡面红土雨后抗剪强度与坡面侵蚀模数之间存在较好的相关关系,可用坡面红土的雨后抗剪强度估算坡面侵蚀量。     

基于离散元的西北旱区农田土壤颗粒接触模型和参数标定

为了解决利用离散元法模拟土壤作业过程在预测农具阻力和土壤动态运动时存在失真等问题,整合延迟弹性模型(hysteretic spring contact model,HSCM)和线性内聚力模型(liner cohesion model,LCM)优势建立西北旱区农田土壤模型,以不同参数(静摩擦系数、动摩擦系数和内聚强度)组合下仿真得到的土壤仿真堆积角为响应值,基于Box-Behnken试验法建立回归模型,并根据该回归模型进行了参数预测并验证,对17组土壤仿真堆积角方差分析表明:静摩擦系数、动摩擦系数、动摩擦系数和抗剪强度的交互项、动摩擦系数的二次项对仿真堆积角的影响极显著;静摩擦系数和动摩擦系数的交互项、静摩擦系数的二次项对仿真堆积角的影响显著。使用预测的参数进行6种不同含水率土壤直接剪切仿真和试验对比可知,当含水率为1%~20%时,仿真与试验间的抗剪强度相对误差为1.18%~9.31%,仿真与试验间的内摩擦角相对误差为0.55%~4.07%。对仿真和试验鸭嘴插入阻力数据进行分析可知,仿真与试验曲线在入土距离处于0~50 mm期间时,但仿真入土阻力曲线波动较大,仿真和试验阻力走势基本一致,玉米直插穴播最深处50 mm处的仿真和试验入土阻力相对误差为0.928%,可利用此时的入土阻力分析直插鸭嘴结构对强度的影响。     

半干旱典型草原区退耕地土壤结构特征及其对入渗的影响

坡地土壤降雨入渗、径流和侵蚀过程与土壤结构密切相关.试验样地为宁夏固原云雾山自然保护区的坡耕地、退耕6a、退耕11 a(前8 a放牧,后3 a禁牧)和退耕16 a坡地,室内测定土壤结构指标,野外采用基于径流-入流-产流方法的新型降阿仪器在17、43和56 mm/h雨强下观测坡地土壤的入渗性能,分析土壤结构特征对入渗的影响.对土壤结构的稳定性指标、孔隙性指标和分形维数指标进行分析,结果表明,随着退耕年限的延长,土壤团聚体稳定性增强,土壤结构孔隙状况得到明显改善.模拟降雨结果显示,随着雨强的增大,退耕地的土壤入渗率增加,但坡耕地反而降低.退耕11 a样地受放牧牲畜践踏影响,入渗性能最差.通过逐步同归分析可知,在17 mn/h和56 mm/h阿强下,影响土壤稳定入渗率的土壤结构因子主要是容重和有机碳含量,而在43 mm/h雨强下主要是毛管孔隙度和非毛管孔隙度.土壤有机碳含量和孔隙状况的差异致使土壤结构特征不同,从而对入渗性能和过程产生明显的影响.     

不同根系含量对山原红壤抗剪强度的影响

[目的]探讨云南省昆明市呈贡区段家营一植被覆盖的斜坡区不同含量植被根系对山原土壤抗剪强度的增强效应,为相关研究提供理论依据。[方法]制备0(无根系空白样),0.467,0.93,1.4 mg/cm~3这4种根系含量以及20%,25%,30%,35%,40%这5种含水量的根—土复合体试验样品进行抗剪强度试验。[结果]根—土复合体中,植被根系能提供给土壤额外的抗剪能力和抵抗土体变形来增强土体的抗剪强度,植被根系对土体抗剪强度有明显的增强效应,但这种增强效应是有限的。根系含量在0.93 mg/cm~3时,根系对土体的抗剪强度增强效果最好。随着根系含量的增加,黏聚力和内摩擦角总是呈现负相关性的关系,在低含水量情况下,黏聚力随根系含量增加而先降低后增加,内摩擦角随根系含量变化则相反。当含水量低且根系含量相对较少时(当含水量≤35%,根系含量≤0.93 mg/cm~3时),土壤参与剪切整个过程且为被剪主体,得到的黏聚力和内摩擦角均为正值,符合库仑定律;当含水量较高且根系含量较多时(当含水量=35%,根系含量=1.4 mg/cm~3时以及当含水量=45%,根系含量≥0.467 mg/cm~3时),被剪主体为根系,得到的黏聚力为负值,不符合库仑定律。[结论]库仑定律不适用于高含水量和高含量植被根系的根—土复合体抗剪强度的研究。在采用植被护坡时可用试验确定边坡土壤抗剪强度最高时的最佳含根量和含水量。     

冻融作用对黑土力学性质的影响研究

反复的冻融循环会通过改变土壤黏聚力、内摩擦角等土壤力学性质而使其侵蚀加剧。探讨了冻融循环作用对土壤黏聚力及内摩擦角的影响,从冻融机理上分析了冻融作用对土壤抗蚀性的影响机制。以黑土为试验对象,考虑冻融循环周期和土壤含水率2个影响因素,通过室内冻融试验研究了黑土黏聚力c和内摩擦角ψ的变化规律。结果表明,冻融作用对黑土黏聚力影响较大,而对内摩擦角影响较小。随着冻融循环次数的增加,同一含水率下,黑土黏聚力c呈减小趋势,3次冻融循环以后,c值趋于稳定。在冻融循环次数一定时,随着土壤含水率的增加,黑土黏聚力c呈先减小后增大的趋势。在冻结温度一定时,1次冻融循环对土壤黏聚力c的扰乱较大,其后扰动程度则基本不变。与土壤黏聚力不同,土壤内摩擦角在整个冻融循环过程中没有明显变化。     

基于土-水特征曲线的植物边坡抗剪强度研究

土-水特征曲线通常用于估计非饱和土壤的抗剪强度,但是由于植物根系的吸水作用和加筋效应,使得植物边坡的抗剪强度不能直接利用基于基质吸力的非饱和土抗剪强度计算公式进行计算。以裸露边坡和植被边坡为研究对象,采用张力计现场测试和室内剪切试验相结合的方法,拟合水土特征曲线关系。结果表明:(1)植物根系的植入有效地提高了边坡土体的进气值,较素土进气吸力值增幅41.10%。在同等含水率条件下,植物边坡基质吸力明显大于素土边坡,提高了边坡土体的持水能力。(2)边坡红黏土基质吸力与含水率的关系符合V-G模型,利用最小二乘法得到模型参数。(3)随着体积含水率的增大,带根土与素土的抗剪强度参数值变化趋势大致相同,均呈现先增大后减小的趋势,但带根土的变化参数大,当含水率21.29%时,带根土黏聚力相较于素土增加了4.86 kPa,增幅18.55%,而内摩擦角对根系存在的敏感程度不如黏聚力。(4)随着土壤基质吸力不断增大,植被边坡与素土边坡的抗剪强度力学参数变化趋势大体相同,当土基质吸力为60～90 kPa土体的黏聚力提高最为明显,但植被边坡由于植物根系的存在,土体内基质吸力对边坡土体的抗剪强度提高幅度更大,黏聚力与内摩擦角最大增长幅度分别为37.34%和40.30%。通过建立土-水特征曲线参数与植物边坡抗剪强度的关系,可计算不同含水率或基质吸力条件下植物边坡的抗剪强度,为进一步分析工程实际中植物边坡的稳定性提供理论依据。     

紫色土埂坎根-土复合体土水特性与抗剪强度

研究根-土复合体土-水特征曲线与抗剪强度的关系,可为紫色土埂坎根-土复合体强化机理的揭示与埂坎稳定性的维持提供科学依据。选取三峡库区典型紫色土坡耕地埂坎草本植物根—土复合体为研究对象,结合Hyprop2土壤水分特征曲线测量仪、滤纸法与直剪试验,拟合土-水特征曲线,揭示基质吸力对根-土复合体抗剪强度的影响。结果表明:(1)根-土复合体土-水特征曲线明显分为边界效应区、过渡区与非饱和残余区,3种常用模型(B-C、VG、F-X)中F-X模型拟合该曲线效果最好,根-土复合体饱和含水率、进气吸力、残余区含水率以及相同体积含水率下的基质吸力均高于素土。(2)随着体积含水率降低,根-土复合体黏聚力先增大后减小,试验范围内黏聚力最大值51.25 kPa出现在体积含水率约23%时,内摩擦角则线性增大。相同体积含水率下,根-土复合体黏聚力较素土最大增加50%,内摩擦角提升不大。(3)基质吸力对根-土复合体抗剪强度的增强作用具有阶段性特征,各阶段临界吸力值与土-水特征曲线一致,过渡区(基质吸力为3~500 kPa)土体抗剪强度提高明显,进入非饱和残余区后(基质吸力>500 kPa)由于黏聚力下降,土体抗剪强度增速减慢,根-土复合体抗剪强度随基质吸力增大而提升的幅度大于素土。通过建立埂坎根-土复合体土-水特征曲线和抗剪强度的关系,可估测实际工况下的埂坎土体抗剪强度,进而为坡耕地埂坎的建设、维护管理以及坡耕地侵蚀阻控提供理论依据。