弱酸侵蚀作用下CaCO3对黄土液塑限的影响

[目的]探讨碳酸钙赋存形式及其在黄土微结构中的作用,为弱酸侵蚀作用下碳酸钙对黄土液塑限的影响机理提供依据。[方法]首先采用蒸馏水洗去黄土中易溶盐,再经1mol/L的醋酸溶液处理得到不同碳酸钙含量的黄土试样,采用液塑限联合测定仪测定黄土液塑限指标;借助扫描电子显微镜(SEM)对试样进行X射线能谱分析(EDX)获取元素Mapping图像进行分析。[结果](1)醋酸作用下,液塑限随碳酸钙含量的减少而显著降低;(2)碳酸钙块、超细碳酸钙以骨架颗粒、集粒形式与Si,Al,Si-Fe接触,其主要作用为颗粒之间连接胶结作用以及充当黄土的孔隙骨架。[结论]醋酸处理前期以黏粒中碳酸钙溶解为主,进而黏粒的流失导致黄土砂化而最终影响了其液塑限指标。     

扫描电镜下泾阳南塬马兰黄土的孔隙特征

[目的]研究扫描电镜下黄土微观结构的特征,为分析马兰黄土的孔隙特征提供一种新方法。[方法]利用IPP影像分析软件对扫描电子显微镜获得的泾阳南塬马兰黄土不同放大尺度下的微观影像进行分析,并对马兰黄土中的孔隙进行统计分类。[结果]在不同放大尺度下,微孔隙的孔隙率维持在2%,小孔隙的孔隙率与放大倍数呈线性负相关,相关系数为-0.98,其余孔隙无特定变化规律;在相同放大尺度下,微、小孔隙在马兰黄土中分布均匀,中、大孔隙较为分散。[结论]扫描电子显微镜影像可以方便、迅速地为我们提供黄土孔隙特征分析。     

黄土丘陵沟壑区欧李人工林对坡面土壤分形特征及可蚀性的影响

[目的]研究中国特有经济作物欧李对坡面土壤性质的影响,为其在黄土丘陵沟壑区推广种植提供参考依据。[方法]布设5块立地条件不同的试验样地,在汛期前后,分别对各样地土壤相关指标进行测定,利用PSD分形模型及EPIC土壤抗侵蚀模型,定量分析欧李对坡面土壤颗粒分形维数及抗侵蚀能力的影响。[结果](1)在汛期,欧李人工林对坡面土壤黏粒具有显著的拦截作用,鱼鳞坑式欧李林可有效保护坡顶处土壤,水平阶式欧李林在坡中、坡底位置可有效拦截径流中的土壤细颗粒并富集黏粒;(2)坡面土壤分形维数与土壤砂粒含量呈显著负相关,相关系数为-0.611;与土壤黏粒含量呈显著正相关,相关关系为0.770;(3)欧李林的种植可降低研究区土壤可蚀性因子K值,提高土壤抗侵蚀能力,不同整地方式下欧李林对土壤可蚀性因子K值的影响效果总体表现为:水平阶鱼鳞坑自然坡;(4)土壤可蚀性因子K值与土壤的有机质和黏粒含量呈极显著负相关,相关系数分别为-0.957,-0.928;与土壤容重、砂粒含量和粉粒含量呈显著正相关,相关系数分别为0.704,0.667,0.512。[结论]种植欧李对黄土丘陵沟壑区控制坡耕地黏粒流失,提高土壤有机质含量,优化土壤结构,增强土壤抗蚀能力具有积极的意义。     

呼伦贝尔道路对草地土壤表层颗粒组成空间变异的影响

[目的]揭示呼伦贝尔草地不同道路影响下路边土壤表层颗粒组成的空间变异特征,为道路沿线水土流失治理提供科学依据。[方法]对省道S203和土路的坡顶、坡底、轮坑以及0—30 m样带和30—210m样带进行实地采样,经风干处理后用吸管法测定了颗粒组成,采用ArcGIS 10.0软件进行的克里金插值和半方差分析。[结果]省道S203,路边土壤粉粒和石砾含量空间变异较大,变异系数分别为95.96%和80.05%。道路边坡附近粉粒和黏粒含量少,随着与路边距离的增加,粉粒和黏粒含量增加;而土路对路边土壤黏粒含量的影响较大,车轮碾压轮坑附近黏粒含量多;道路和沿线人类活动对石砾和粉粒含量的影响强至中等。[结论]受人类活动影响,研究区道路沿线土壤表层不同颗粒组成空间分布发生变化,而黏粒含量形成了沿着道路呈带状分布的空间分布特征。     

毛乌素沙地樟子松人工林恢复过程中土壤粒径演变特征

[目的]研究土壤颗粒分形维数与樟子松人工林恢复时间的关系,为评价毛乌素沙地植被恢复对土壤颗粒特征的影响提供数据支撑。[方法]以自然荒草地为对照,选择不同恢复年限樟子松人工林土壤为研究对象,分析了不同林龄樟子松林下土壤基本理化性质、颗粒粒径含量和分形维数,开展毛乌素沙地樟子松人工林恢复过程中土壤粒径演变特征研究。[结果] 3种不同林龄樟子松土壤中细砂粒含量最多,极粗砂粒含量最少,并且随着土层深度的增加细砂粒含量和粗砂粒含量呈增加的趋势,而黏粒含量、粉粒含量以及极细砂粒含量呈现减少的趋势。随着土层深度的增加土壤中全氮、全磷、有机质以及土壤含水率均呈现减小的趋势。不同林龄下樟子松土壤颗粒分形维数范围为2.27～2.71,均值大小顺序表现为50 a>60 a>40 a>CK;全氮含量和土壤含水率的均值大小顺序均表现为60 a>50 a>CK>40 a;全磷含量和有机质含量的均值大小顺序均表现为60 a>50 a>40 a>CK。全氮、全磷和土壤有机质含量与分形维数间呈正相关关系,相关系数分别为0.391,0.418,0.522。[结论]樟子...     

三峡库区紫色土渗流—应力的耦合关系

[目的] 研究三峡库区紫色土在渗流与应力耦合作用下的渗透特性和抗剪强度特性,深入探究紫色土应力—渗流的耦合关系,为农业工程、边坡工程、水土保持等实际工程应用提供理论参考。[方法] 以三峡库区紫色土为研究对象,借助SLB-1A型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪,分析多因素耦合对紫色土抗剪强度特性和渗透性的变化。[结果] 含水率对三峡库区紫色土的黏聚力c与内摩擦角φ的影响程度不同,并在含水率为11%处取得峰值,内摩擦角随含水率增大而减小,二者变化趋势符合线性变化的特征;紫色土渗透性的变化在不同含水率梯度间存在较大的差异性,且含水率在11%～13%之间时差异性相对显著;以渗透压等于40 kPa为临界值,紫色土的渗透性降低形式不同;主应力差控制值越大,不同含水率紫色土的渗透性降低越显著。[结论] 渗透—剪切作用下,含水率和围压极大影响了紫色土的抗剪强度,其黏聚力在含水率11%处取得峰值,黏聚力和内摩擦角的变化符合线性变化;相同条件下,主应力差控制值越大,不同含水率紫色土的渗透性降低越显著,主应力差的贡献率高于含水率。各因素对影响紫色土渗透性的贡献率由高到低依次为：渗透压＞主应力差＞围压＞含水率。     

非饱和黄土结构特性变化的主要影响因素

黄土是一种典型的结构性土,对黄土结构性的研究是土结构性研究的重要组成部分,有助于土结构性研究的进一步深入和向实用转化。通过非饱和黄土(原状黄土和人工结构性黄土)的侧限压缩试验资料,探讨了土结构性的各主要因素对非饱和黄土结构特性变化的影响。分析结果表明,随着垂直压力、含水率和密实程度的增长,非饱和黄土的结构性表现出逐渐减弱的趋势;水泥含量的增加对黄土的结构性起到了一定的加强作用;黏粒含量对黄土结构性的影响不是单一的,黏粒含量过高或过低都难以得到较强的结构性。     

土壤颗粒悬液搅拌对土壤质地分析的影响

[目的]探究土壤颗粒悬液搅拌对土壤质地分析的影响,为实验室准确测定土壤机械组成提供可行的参考与指导。[方法]采用比重法测定土壤机械组成,在搅拌不同行程、搅拌不同次数、悬液静置不同时间后搅拌、不同测定时点搅拌的多种条件下所测结果进行比较分析。[结果]搅拌行程、搅拌次数、悬液静置后搅拌对黏粒含量测定无影响,对粉砂粒和砂粒含量测定均有影响。搅棒从液面下行至沉降筒底搅拌,有利于颗粒充分运动及均匀分布,黏粒、粉砂粒、砂粒含量测定稳定,精密度良好;以氢氧化钠为分散剂的悬液搅拌30次,黏粒、粉砂粒、砂粒含量测定准确,精密度良好;悬液静置的适宜时间大于1h,搅拌30次所测粉砂粒和砂粒含量的精密度呈下降趋势,搅拌45次所测粉砂粒、砂粒、黏粒含量稳定,精密度良好,与洗后即搅拌30次的测定结果一致。在第2测定时点增加搅拌1min对测定结果无影响。[结论]本试验方法测定结果准确可靠,避免了重复操作,有利于减少误差,适用于多个样品的同时检测。     

重塑黄土抗剪强度的环剪试验研究

[目的]研究大应变条件下黄土强度的影响因素及规律,为黄土地区发生滑坡等大变形破坏提供理论依据。[方法]利用环剪仪对重塑黄土进行大剪切位移下的剪切试验,探究不同正应力及剪切方式对不同含水率的重塑黄土其残余强度的影响。[结果]正应力越大,残余强度越大,达到残余强度所需的剪切位移越小;随着含水率的增大,残余黏聚力浮动值不大,残余内摩擦角逐渐减小,并据此拟合出残余内摩擦角与含水率的参考公式;从脆性指数的角度得出所研究的重塑黄土的应变软化都不明显,且脆性指数随着正应力和含水率的增加而降低。[结论]重塑黄土的峰值强度和残余强度受含水率、正应力的影响规律相似,可通过含水率对残余强度进行估算。     

黄河三角洲不同土地利用类型土壤微观结构特征

黄河三角洲不同土地利用类型盐碱土微观结构的研究,对认识该地区盐碱土的工程性质和对滨海盐碱地治理具有重要意义。该研究结合粒度分析(particle size distribution,PSD)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、压汞(mercury intrusion porosimetry,MIP)和扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)方法,对3种不同土地利用类型盐碱土的微观结构进行定量分析,旨在揭示其微观特性,为黄河三角洲盐碱地治理提供微观理论依据。结果表明:不同土地利用类型下的土壤黏粒含量表现大小依次为农田、滩地、草地,而土壤孔隙度大小依次为草地、滩地、农田;农田、草地与滩地盐碱土矿物成分中,石英、方解石和钠长石等原生矿物占绝对优势,仅含少量黏土矿物,且农田黏土矿物含量远大于草地与滩地;草地与滩地盐碱土孔隙特征类似,两者在0.1≤孔隙直径<10μm范围内小孔隙与微孔隙占有绝对优势,而农田盐碱土以孔隙直径在<2μm范围内的微孔隙与超微孔隙为主。农田盐碱土由致密片状、扁平状结构与微裂隙构成,骨架颗粒间由黏土矿物胶结;草地盐碱土由紧密镶嵌的块状颗粒和架空孔隙构成,骨架颗粒间无胶结;滩地盐碱土由紧密堆积的粒状颗粒和粒间孔隙构成,骨架颗粒间无胶结。研究成果可提高对黄河三角洲不同土地利用类型盐碱土微观结构的认识,为滨海盐碱地的治理、利用和开发提供了微观尺度上的依据。     

黄土地区土壤物理性质及与黄土成因的关系

该文主要讨论了在陕、甘、宁境内作为黄土风成成因的主要颗粒组成从北向南或从西向东的分布规律,以砂粒、粗粉粒、粘粒及物理性粘粒四种粒级作为黄土风成成因的主要指标粒级,并讨论了随着土壤颗粒的变化,而产生的土壤一系列物理性质的变化:土壤比重愈向南愈大;土壤容重则是最南部及最北部最大,而中间过渡地带较小;对于破坏土壤(无结构的土壤),土壤质地愈粘重,渗透性能愈差,质地愈轻则渗透性能愈好,而对于有结构的原状土壤则恰好相反。另外,黄土地区的土壤水分常数如最大吸湿水、凋萎湿度、自然含水量及田间持水量亦是从北向南相应的逐渐递增变大,然而毛管持水量则是最南部及最北部较小,而中间过渡地带最大,和土壤粗粉粒分布规律恰相吻合。     

泾阳南塬黄土边坡饱和渗透系数变异性分析

[目的]研究泾阳县南塬耕植土下部黄土层饱和渗透系数空间变异性特征,为研究水的渗透对黄土滑坡的影响提供依据。[方法]通过室内变水头渗透试验测定泾阳县南塬54个测试点的垂直饱和渗透系数和水平饱和渗透系数,并用传统统计学和地统计学方法进行分析。[结果]探槽取样区的饱和渗透系数在10~(-2)~10m/d范围之内,平硐取样区的渗透系数明显小于探槽渗透系数值,在10~(-4)~1m/d范围之间。探槽垂直方向空间相关程度中等,变程为5.05,水平方向空间相关程度强,变程为3.50;平硐垂直方向空间相关度中等,变程为17.46,水平方向空间相关程度弱,变程为16.00。[结论]黄土边坡饱和渗透系数的空间变异性较强。     

稻秸秆泥皮护坡材料对路基水分迁移影响的初步研究

为研究晴雨天气下,稻秸秆泥皮护坡材料对路基水分迁移的影响,在测定该材料渗透系数和干湿循环抗渗性能基础上,进行室内路堤边坡模拟试验,分别在连续的自然照射和坡面冲刷条件下,测定路基内部含水量变化,以此分析稻秸秆泥皮护坡材料在极端干旱和连续降雨条件下,对路基内部水分迁移特征的影响.结果表明:稻秸秆泥皮材料渗透系数较小,干湿循环不会导致其抗渗性能明显降低;该材料能有效避免坡面泥皮结构失水干裂,减少干旱天气下,路基内部水分向外过度蒸发迁移,保证路基含水量稳定,坡面植被发育后,保水防裂作用更加明显;该材料具备较强的水分隔阻能力,有效减少强降雨期间的坡面雨水人渗及水分进一步向路基内部扩散迁移,同时有效促进植被生长,泥皮+稻秸秆+草根复合泥皮结构,能进一步提高坡面抗雨水冲蚀性能,形成可靠的边坡生态防护系统.该研究对公路路基设计与施工具有重要的指导意义.     

天津市不同功能区土壤物理特性研究

[目的]对天津市常用绿化土壤的基本性质以及渗透性能进行研究,为天津市下凹式绿地的设计及推广应用提供理论依据。[方法]选取天津市不同功能区不同植被类型(草坪、灌木)的土壤,对土壤的颗粒组成、容重、孔隙度以及渗透系数进行研究,并分析天津土壤性质间的相关性。[结果]天津市除老居民生活区属于粉土外,其他功能区均属于粉质黏土。受人为扰动影响,各功能区绿化土壤容重大,孔隙度较低,土壤压实严重,其中土壤容重为1.34~1.55g/cm~3,土壤孔隙度为42.50%~52.80%;各功能区的渗透系数差异很大,范围为8.8E-06~1.3E-03cm/s,大小趋势主要受人为因素的影响,表现为:文教区居民生活区工业区郊区林带公园区道路交通区;植被类型对土壤渗透系数有影响,为草坪灌木。土壤的渗透系数与土壤含水率、土壤容重呈负相关性,与土壤孔隙度呈正相关性;土壤容重与土壤孔隙度呈极显著负相关。[结论]天津地区土壤压实严重,草坪与灌木土壤以弱透水和中等透水为主。     

泾河南塬黄土的渗透特征及孕灾机制

[目的]分析泾河南塬黄土的渗透各向异性特征,并探讨该地区滑坡的孕灾机制,以期为黄土分布区雨水入渗型滑坡的灾害防治提供指导。[方法]通过野外调查和渗透试验,分析该地区裂隙土以及不同土层的渗透特征。[结果]裂隙土的渗透系数远大于均质土,裂隙的存在为水的入渗提供优势渗流通道。不同土层渗透系数对比表明,马兰黄土因大、中孔隙多以及节理裂隙发育,其渗透系数最大,而古土壤的渗透系数最小。[结论]泾河南塬黄土具有明显的渗透各向异性,水与裂隙共同作用已成为该地区的一种恶性灾害链模式。     

黄土高原旱区浅层黄土水分场的数值分析

[目的]研究黄土高原浅层土体水分场在春季连续干旱条件下的动态变化。[方法]通过非饱和黄土二维非稳态流有限元控制方程对黄土高原浅层土体水分场在不同气象条件下的动态变化进行数值计算。[结果]在连续干旱条件下水分场的计算结果与实测结果较为一致,受蒸发影响的土层最大厚度为1.8m,连续3个月的干旱使其平均含水率降低至7.9%,土壤蒸发强度随着含水率的减小而减小。强度较小且分散的降雨对于缓解连续干旱期黄土高原土壤干旱基本无效,大强度集中降雨只能在短时间内缓解土壤旱情。[结论]数值计算结果可为实际工程中植被类型的选择以及灌溉时间的把握所参考。     

风水两相侵蚀条件下流域泥沙粒径分布分形维数特征——以黄河上游内蒙古段西柳沟为例

[目的]研究在风水两相侵蚀条件下流域泥沙粒径分布分形维数特征,为风水两相侵蚀产沙和高含沙水流侵蚀产沙的治理等问题的研究提供理论和试验依据。[方法]选取位于黄河上游内蒙古段的西柳沟流域为例,采集沉积物表层样,利用激光粒度仪对43个样点的泥沙粒度组成进行分析,采用分形理论,结合方差分析以及K均值聚类法进行分析和研究。[结果](1)不同沉积环境下泥沙粒径分布分形维数不同,以水力侵蚀为主的丘陵沟壑区分形维数平均值最大,为2.48;以风力侵蚀为主的沙漠区分形维数平均值最小,为1.95。(2)对于西柳沟流域,泥沙颗粒组成中粒径在0.05mm以下的含量越高,粒径越离散,分维值越高;粒径在0.05~1mm之间的颗粒含量越高,分形维数越低;粒径在1mm以上的颗粒含量与分形维数关系不明显。相对来说,粉粒含量对于分形维数的影响大于黏粒含量。[结论]地貌条件主要影响的是河床样的泥沙粒径组成,产沙层土样的颗粒组成不受地貌条件的影响,河滩样的泥沙粒径组成受地貌条件和沉积环境的双重影响。     

有机质与黏粒含量对黑土压缩-回弹特性的影响

为探明有机质和黏粒对黑土压缩-回弹行为的影响,以典型黑土区耕作土壤为研究对象,通过人工添加腐植酸、人工分离-提取-添加黏粒、恒温恒湿培养的方法各配制3个梯度的重塑土。采用室内固结的方法,通过压缩系数、压缩指数及回弹指数的测定与分析,研究了2种含水量条件下黑土压缩与回弹对有机质和黏粒含量变化的响应行为。结果表明:(1)压缩指数均随有机质含量的增加而增大,且在高含水量时二者呈极显著正相关,有机质含量最高时压缩指数为0.246 3,但有机质含量对回弹无显著影响。(2)无论含水量高低,压缩指数均与黏粒含量呈极显著正相关,而回弹指数随着黏粒含量的增加逐渐降低,且在低含水量时二者呈显著负相关。(3)含水量不同,有机质与黏粒对黑土压缩-回弹特性的影响亦不同;黏粒对黑土压缩-回弹行为的影响更为显著。     

马兰黄土渗气性试验研究

利用改进的ZC-2015型渗气仪对不同类型的原状风干和重塑的马兰黄土进行渗气试验,分析土样体积、渗径、干密度、取样深度等对渗气率ka的影响,并利用扫描电镜(SEM)试验得到的孔隙结构参数解释黄土渗气特性。结果表明:渗气率ka不仅是气体渗透特性的衡量指标,也是描述非饱和马兰黄土孔隙和结构特征的重要参数。不同体积的土样由于尺寸效应,其渗气率随着土样体积的增大而增大。另外,渗气率随着渗径、干密度的增大而减小。对比3种不同类型黄土的透气性试验结果和电镜照片,并结合统计的孔隙结构参数,得出渗气率在区域和深度上有一定的规律,区域上黄土颗粒中黏粒含量增高,总孔隙和大孔隙面积减小,土体有效渗气孔隙减少,重塑黄土的渗气率随着取土深度的增加有微小的减小。