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。     

冻融循环和土壤性质对东北黑土抗剪强度的影响

为了揭示东北黑土区季节性冻融循环作用和土壤性质对土壤可蚀性的影响,采集黑龙江省宾县典型薄层黑土区(BX)和克山县典型厚层黑土区(KS)0—20cm的耕层土壤,通过室内冻融循环模拟和土壤直剪试验,分析了冻融作用和土壤性质对土壤抗剪强度的影响。结果表明:(1)经历1次冻融作用后BX和KS 2种供试土壤抗剪强度分别减小3.9%和9.2%,二者黏聚力分别减小15.2%和29.4%,内摩擦角分别减小1.4%和3.6%。经历7次冻融作用后,BX和KS2种供试土壤抗剪强度分别减小9.1%和15.1%,土壤黏聚力分别减小40.7%和74.5%,土壤容重分别减小6.7%和9.2%。受土壤有机质、水稳性团聚体、黏粒含量等的影响,KS土壤抗剪强度、黏聚力、内摩擦角和土壤容重的减小幅度皆大于BX供试土壤。(2)2种供试土壤抗剪强度皆随冻融循环次数的增加呈先逐渐减小后趋于稳定的变化趋势;第1次冻融循环对土壤抗剪强度破坏最大,经历1次冻融循环后2种土壤抗剪强度和黏聚力的减小量分别占7次冻融循环土壤抗剪强度和黏聚力总减小量的43.4%和61.0%,37.3%和39.4%。(3)土壤抗剪强度与土壤容重和团聚体平均重量直径(MWD)呈极显著的正相关,而与冻融循环次数呈极显著的负相关。     

黔中喀斯特地区土力学特性对土壤侵蚀的影响

在黔中喀斯特地区通过野外调查及室内试验的方法研究了土壤黏聚力c、内摩擦角φ、土壤紧实度对土壤冲刷模数和崩解速率的影响。结果表明:土壤冲刷模数随土壤黏聚力c、内摩擦角φ、土壤紧实度的增大而减小;土壤崩解速率随土壤黏聚力c、土壤紧实度的增大而减小;土壤崩解速率随土壤内摩擦角φ的增大而先增大后减小,在16°～20°之间存在一个峰值。相关性分析表明,土壤紧实度与土壤冲刷模数及崩解速率关系最为密切,土壤紧实度对土壤侵蚀的影响也最为明显,适度增强紧实度有助于提升土壤抗冲性及抗蚀性。     

土壤含水率和干容重对不同植被类型边坡土壤抗剪强度的影响

[目的]探究边坡土壤的含水率和干容重对土壤抗剪强度的影响,建立经验公式,为提高边坡稳定性提供理论依据。[方法]以浙江省凤阳山国家级自然保护区内黄棕壤地带3种植被类型(常绿阔叶林、针阔混交林、灌草林地)边坡土壤为对象,进行重塑土直剪试验,分析不同含水率分级(25%,27%,29%,31%,33%)和干容重分级(0.8,0.9,1.0,1.1,1.2g/cm3)对抗剪强度指标(内摩擦角φ和黏聚力c)的影响规律。[结果](1)黏聚力和干容重呈显著正相关,和含水率(mc)呈显著负相关。内摩擦角和干容重(ρd)呈显著正相关。(2)土壤黏聚力随含水率的增加而减小,随干容重的增加而增加;随着干容重的增加,内摩擦角有明显增加的趋势,总是在高密实度的情况下,内摩擦角较大。相对于黏聚力,内摩擦角受含水率的影响较小,随含水率的增大,在灌草林地和针阔混交林表现出非线性减小的特征,在常绿阔叶林则呈现先增大后减小的趋势,考虑出现最优含水率。(3)在同一含水率下,干容重对土壤黏聚力具有增强作用,黏聚力的对数和干容重呈线性正相关。考虑含水率和干容重的综合影响,加入影响系数β,建立了经验公式。[结论]黏聚力的对数与含水率呈显著负相关,与干容重呈显著正相关。土壤干容重对土壤内摩擦角影响显著,呈显著正相关。含水率对内摩擦角影响不明显。     

冻融循环对黑土容重和孔隙度影响的试验研究

反复的冻融循环会通过改变土壤容重、孔隙度等物理性质而使其侵蚀加剧,该文探讨了土壤容重及孔隙度在冻融循环作用下的变化.试从机理上分析冻融作用对土壤抗蚀性的影响规律.以东北黑土为研究对象,考虑冻融温差和土壤含水率两个影响因素.通过室内冻融试验研究了黑土容重及孔隙度的变化规律.结果表明:随着冻融循环次数的增大,土壤的容重和孔隙度分别呈现缓慢减小及增大趋势,且变化幅度越来越小,最后达到基本稳定的状态;冻融温差越大,冻结温度越低,同一含水率土壤的容重变得更低,而孔隙度相对较高,并且两者的变化量最大;在同一冻融温差下,高含水率土壤经过冻融循环后较低含水率土壤容重更低,而孔隙度更高,且数值的变化量最大.     

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。     

风化砂改良膨胀土对抗剪强度指标的影响研究

通过对比分析石灰、水泥、粉煤灰改良膨胀土对抗剪强度指标的影响,引入风化砂改良膨胀土对抗剪强度指标影响的研究.在膨胀土中掺入不同比例的风化砂,进行了直剪试验.结果表明:掺入风化砂能有效提高膨胀土的抗剪强度;粘聚力随着掺砂比例的增加而逐渐减小,内摩擦角则随着掺砂比例的增加先增大后减小.改变掺砂膨胀土的含水率,进行直剪试验,结果得出:同一掺砂比例下的粘聚力与内摩擦角均随着含水率的增加先增大后减小.掺入不同比例风化砂进行胀缩特性试验得出:掺风化砂能有效抑制膨胀土的膨胀性和收缩性,改良后的胀缩总率低于0.7％,能达到路基填料的标准.综合考虑掺砂比例和含水率对膨胀土抗剪强度指标的影响,可以得出:当掺砂比例为30％、含水率为10％时,掺砂膨胀土的抗剪强度指标达到最佳值.     

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。     

冻融条件下土壤侵蚀阻力影响因素

为揭示季节性冻融区土壤侵蚀阻力的变化机制，确定影响土壤侵蚀阻力主控因子，通过室内冻融模拟、水槽冲刷和土壤抗剪试验，对黄绵土(SM粉质壤土)、风沙土(WS砂壤土)和黑土(KS黏壤土)侵蚀阻力影响因素进行研究。结果表明：(1)随着冻融循环次数增加，细沟可蚀性值逐渐升高，而临界剪切力降低。经历10次冻融循环后，SM粉质壤土、WS砂壤土和KS黏壤土的细沟可蚀性分别增加76%,63%,11%,临界剪切力分别减小37%,13%,91%。(2)细沟可蚀性随土壤抗剪强度、黏聚力和内摩擦角增大而减小，临界剪切力则呈相反趋势。与内摩擦角相比，黏聚力更适合用来表征土壤侵蚀阻力。采用黏聚力对SM粉质壤土、WS砂壤土和KS黏壤土的细沟可蚀性进行预测，决定系数(R²)分别为0.42,0.78,0.50,平均为0.57;对临界剪切力的预测效果较差，决定系数(R²)分别为0.16,0.14,0.18,平均仅为0.16。(3)根据皮尔逊相关分析结果，基于土壤的初始含水率、冻融循环次数、力学特性以及土壤参数等分别建立细沟可蚀性(R²=0.85)和临界剪切力...     

土壤含水量对浅层滑坡区土体抗剪强度影响

通过对重庆缙云山一浅层滑坡区杉木和马尾松林地上土壤剖面原状土、过2mm筛后土壤的剪切试验,研究了土壤含水量对浅层滑坡区土体抗剪强度的影响。结果表明：原状土土壤断面抗剪强度随土壤天然含水量增大而减小,随土层加深而增大。土层越深,土壤含水量对土壤抗剪强度的影响越小。同一土壤在不同的含水量的条件下,随着含水量的增大,粘聚力C值和内摩擦角φ值均减小,并且土壤含水量对土壤粘聚力C值的影响程度大于对土壤内摩擦角φ值的影响程度。     

冻融循环对风沙土物理性质及抗冲性的影响试验

为揭示冻融循环对土壤物理性质及抗冲性的影响,以内蒙古坡耕地风沙土为研究对象,控制冻融循环次数(0~10次)和土壤质量含水量(6%,9%,12%)2个因素,在室内模拟野外冻融循环和径流冲刷过程,定量分析冻融循环对土壤含水量、容重、孔隙度及土壤抗冲性的影响规律。结果表明:(1)土壤含水量随冻融循环次数增加呈缓慢增加的趋势,增加幅度为0.51%~0.87%,且高含水量土壤增幅比低含水量土壤大;(2)随冻融循环次数的增加,土壤容重和孔隙度分别呈缓慢减小和增大趋势,且变化幅度逐渐降低,最后达到基本稳定的状态,达稳定状态后的土壤容重比未冻融土壤小(0.05±0.01)g/cm~3;(3)当冻融循环次数相同时,高含水量(12%)的土壤容重比低含水量(6%)小,而孔隙度和土壤抗冲性的降低幅度与之相反;(4)冻融循环次数对风沙土抗冲系数具有显著影响,试验土样抗冲性随冻融循环次数的增加呈显著降低趋势,但是第6次冻融循环后,试验土样的含水量、容重、孔隙度及抗冲性的变化均逐渐趋于稳定。研究结果可为季节性冻融区土壤侵蚀机理研究提供参考。     

冻融作用对原状棕壤抗剪强度的影响

为揭示冻融循环作用对棕壤抗剪强度的影响,采集沈阳地区5 cm和25 cm 2个深度原状棕壤(分别为H 5和H 25)为研究对象,通过室内冻融循环模拟和土壤直剪试验,研究冻融循环次数和土壤含水率对土壤抗剪强度的影响。结果表明:(1)土样含水率越高,初次冻融作用的破坏效果越强,1次冻融循环后,含水率为25%的H 5和H 25土样黏聚力分别下降50.00%和25.87%;含水率35%的H 5和H 25土样黏聚力分别下降75.61%和50.77%。15次冻融循环后,含水率10%的H 5和H 25土样黏聚力分别增加74.36%和60.08%;含水率35%的H 5和H 25土样黏聚力分别增加14.63%和26.15%。但在2个不同含水率条件下,黏聚力的增大机制不同。(2)含水率为15%,20%,25%条件下,H 5和H 25土样内摩擦角在多次冻融循环中始终在一定范围内波动,说明这3个含水率下冻融作用对土壤内摩擦角影响具有不确定性。35%含水率的H 5和H 25土样内摩擦角受冻融作用的影响较小,分别在(18.57°±0.88°)和(12.86°±1.14°)变化。(3)平均抗剪强度主要受土壤含水率影响,随着含水率的增加呈指数函数减小。受黏粒含量影响,含水率低于25%时,H 25土样平均抗剪强度高于H 5土样;含水率高于25%时,H 25土样平均抗剪强度偏低。     

Effects of rake angle of chisel plough on soil cutting factors and power requirements: A computer simulation

A computer simulation was conducted to predict the effects of rake angle of a chisel plough and soil bulk density on angle of soil failure plane, rupture distance, width of side crescent, frictional, overburden, cohesion and adhesion soil cutting factors, draft forces and drawbar power requirements. The experimental work was carried out in two locations. Soil of the first location was sandy clay with the soil bulk densities of 1.75 and 1.70 g/cm³ for firm and loose soil conditions, respectively, with an angle of internal friction of 30° and a surface friction angle of 20°, cohesion of 2.5 kN/m² and adhesion of 1.2 kN/m². Soil of the second location was clay loam with the soil bulk densities of 1.65 and 1.50 g/cm³ for firm and loose soil conditions, respectively, with an angle of internal friction of 34° and a surface friction angle of 23°, cohesion of 2.4 kN/m² and adhesion of 1.14 kN/m². The prediction showed that the angle of failure plane found to decrease with the rake angle. The rupture distance decreased with the rake angle from 15° to 55° and then increased as the rake angle increased over 55°. The width of the side crescent increased as the rake angle increased and the maximum value and the minimum value were recorded at 75° and at 15°. Values of frictional and overburden factors decreased as rake angle increased. The maximum and minimum values were recorded at 15° and 75°, respectively. The values of cohesion factor increased as rake angle increased. The maximum value was recorded at rake angle of 75° and the minimum value was recorded at rake angle of 15°. Adhesion factor was found to change inversely with the rake angle from 15° to 55° and then to change directly with the rake angle over 55°. The draft force decreased with the rake angle and reached its minimum value at 45° rake angle. Over 45°, the draft force increased and reached its maximum value at 75° rake angle. The draft increased with soil bulk density. The power required for moving the plough recorded the maximum value at rake angle of 15°, while the minimum value was recorded at 55° rake angle. The values of power increased with decrease of soil bulk density. The predicted values demonstrated some deviations from the experimental values of the draft force and the drawbar power.     

煤矸石改良膨胀土特性及其最佳掺量条件下的孔隙结构表征

为减小膨胀土对土木工程设施及农业生态环境的危害,进行掺加煤矸石粉改良膨胀土的试验研究。该文以内蒙古兴和县高庙子乡的膨胀土和煤矸石为研究对象,通过无荷膨胀试验、有荷膨胀试验和收缩试验确定煤矸石粉的最佳掺量,对最佳煤矸石粉掺量的膨胀土进行干湿循环试验,利用直剪试验测定每次干湿循环后试件的抗剪强度指标;通过压汞试验测得孔隙特征值,从微观角度揭示强度变化机理。试验结果表明:煤矸石粉掺量为6%时抑制膨胀土的胀缩性效果最佳;干湿循环作用使素膨胀土黏聚力和内摩擦角均有所衰减,掺入煤矸石粉后强度衰减得到控制;随干湿循环次数的增加孔径逐渐向大孔范围聚集,团粒结构增多,使素膨胀土的抗剪强度指标降低;经过5次干湿循环,掺加煤矸石粉土样的大孔孔隙密度比素膨胀土降低约35%,煤矸石有效阻止膨胀土的强度劣化。     

土壤理化及力学性质对干热河谷台地边坡沟蚀发育的影响

金沙江干热河谷土地整理台地边坡沟蚀发育严重,水土流失强烈,高投入的土地整理工程效益难以发挥,严重威胁着该区的生态安全和社会经济发展。为查明干热河谷土地整理台地边坡沟蚀发育关键影响因子、防治台地边坡沟蚀发育,该研究采用野外实地测量法和实验室测定的方法,研究了干热河谷土地整理台地边坡的沟蚀发育形态特征,系统分析了土壤理化性质和力学性质对台地边坡沟蚀发育形态特征的影响。结果表明:1)非毛管孔隙度是影响台地边坡沟蚀发育形态特征的主要指标,但非毛管孔隙度对台地边坡沟蚀发育宽度、深度、截面积、密度以及割裂度的影响形式和影响程度有较大差异。2)抗剪强度仅对台地边坡沟道深度和截面积影响显著,而对沟道宽度、密度和割裂度的影响甚微。3)分散率对台地边坡沟道宽度和割裂度的影响较为明显,对沟道深度、截面积和密度无显著影响。4)沟道宽度和密度均主要受非毛管孔隙度控制,割裂度受分散率的影响最大,但沟道深度和沟道截面积受土壤性质的影响相对较弱。