埋深与形状对土中结构自由冻拔的影响

冻拔破坏是季节性冻土地区土中结构常见的破坏形式。为了探明季节性冻土地区土中结构冻拔位移与结构埋深、结构截面形状的关系,利用挤塑保温板加工成长度不等的圆柱体与长方体,埋置于室外冻胀土中,模拟土中结构,开展一个冻融周期的室外自由冻胀试验。观测气温、地温、冻深及土体、圆柱体、长方体的冻拔位移等参数,对比试件的冻胀位移,分析自由冻拔的影响因素。结果表明：当埋深小于临界埋深时,一个冻融周期后2种截面的残余冻胀位移均随埋深增加而快速增大,而当埋深大于临界埋深时,残余冻胀位移随埋深增加无明显变化;埋深相同的长方体与圆柱体的残余冻胀位移相对差均值为10%,考虑到试验过程中其它偶然因素的影响,截面形状对土中结构的自由冻拔无明显影响。     

黄河宁夏段泥沙和灌淤土团聚体速效氮磷分布特征

为明确黄河上游宁夏段泥沙输入对农田灌淤土团聚体和土壤培肥的影响特征,在干流动态采集了5月(春灌)、8月(夏灌)、10月(冬灌)的沉积泥沙,以灌淤土为对照,测定了其机械稳定性团聚体及其NO^3--N、NH4+-N、有效磷含量。结果表明,黄河宁夏段泥沙中<0.25 mm团聚体占70.8%～87.5%;>0.25 mm团聚体数量、平均重量直径和几何平均直径均为8月>10月>5月,泥沙团聚体稳定性显著低于灌淤土。泥沙团聚体无机氮以NO^3--N为主,占78.9%～99.3%。泥沙1～2或0.5～1 mm团聚体有效磷含量较高。5、8月泥沙和灌淤土各粒径团聚体无机氮含量呈正相关,而在10月呈负相关。不同灌溉时期泥沙和灌淤土各粒径团聚体有效磷含量均呈负相关。因此,黄河宁夏段灌溉泥沙<0.25 mm微团聚体对灌淤土团粒结构影响较大,春灌时期不同粒径团聚体泥沙速效氮磷含量最高。     

基于亚塑性本构模型的土壤-触土部件SPH互作模型

触土部件是农机的主要组成部分,高精度的土壤-触土部件互作模型对农业耕作触土部件的节能优化设计具有重大意义。为提高土壤切削过程数值模拟的精确度,该研究基于光滑粒子流体动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH）框架,从土壤亚塑性本构模型出发,结合土壤-触土部件接触模型,提出一种土壤-触土部件互作模型。通过砂土坍塌试验和土壤切削试验,对比分析了模拟仿真和物理试验中砂土自由表面演变、内部应力变化、土壤静止和运动分界面形态以及粒子位移。在此基础上对4种不同形状刀具的土壤切削过程进行模拟,以土壤切应力、位移分布表征刀具在切削过程中对土壤的破坏情况,讨论了大半径抛物线型刀具切削过程中的土壤粒子速度场,并得出不同形状刀具切削阻力的变化规律。结果表明,刀具水平切削阻力的模拟值和试验值平均相对误差为9.885%,说明所提模型对刀具水平切削阻力的预测精度较高。研究结果可为土壤-触土部件互作模型的建立提供新的思路,为触土部件的优化设计提供参考。     

残膜回收机逆向膜土分离装置的设计与参数优化

针对土壤耕层多年沉积的残膜力学性能差、膜土分离困难、残膜碎片回收率低的问题,设计了一种链齿式残膜回收机。该机具主要工作部件有捡拾装置和膜土分离装置。机具的作业深度为0～150mm,捡拾装置完成起膜并对膜土进行输送,随后通过逆向膜土分离装置进行分离,最终把残膜运送至集膜箱。以捡拾装置角速度、膜土分离装置角速度、膜土分离装置角度为试验因素,以残膜回收率和含土率为响应值对链齿式残膜回收机进行三因素三水平的二次回归正交试验。通过试验得到了各因素的响应面模型,分析了各因素对作业效果的影响并对各因素进行了优化。结果表明,试验因素对残膜回收率的影响显著顺序为:膜土分离装置角度捡拾装置角速度膜土分离装置角速度;试验因素影响含土率的顺序为:膜土分离装置角度膜土分离装置角速度捡拾装置角速度;对优化结果进行试验验证得,捡拾装置角速度42 rad/s、膜土分离装置角速度57rad/s、膜土分离装置角度37°时,此时残膜回收率为81.12%,含土率为34.83%;且各个评价指标的试验值与模型优化值的相对误差均小于5%。该机具利用逆向膜土分离装置可以解决膜土分离困难、残膜碎片回收率低的问题,可为后续残膜回收机膜土分离装置机构的研究和优化提供参考。     

利用铁丝网坝拦截滑坡体的试验研究

防治泥沙灾害,以往多采取被动式挡土墙。1971～2011年日本学者千叶干等人研究弹性挡土墙—利用铁丝网坝拦截滑坡。在实际坡面的底端设置铁丝网坝,重复数次拦截泥沙,最终铁丝网坝没有破坏。应用高频照相机摄影解读出泥沙滑动速度为11 m/s。能拦截来自高为5～100 m,坡度为30°～60°坡面上最大粒径为60 mm的泥沙。实践证明铁丝网坝具有拦截滑坡泥沙的功能。     

红壤坡地土壤侵蚀定位土芯Eu示踪方法研究

利用人工模拟降雨装置和径流小区观测法相结合,详细阐述了Eu定位土芯的布设、取样及分析方法。试验研究结果表明,Eu定位土芯中子活化分析技术可以准确地测定不同地形部位的土壤侵蚀量。坡面侵蚀泥沙的分布表现为沉积、侵蚀交错出现,呈现波形变动,符合多项式的变化,相关关系也较好。休闲裸坡地上,整个坡面大都表现出上坡的上中部为侵蚀运移,下坡为沉积。布样80d后,发现测定流失泥沙结果与模型拟合结果的相关关系较好,准确度也较高。因此建议一般应在Eu土芯布样3个月后取样为好。预测结果和实际情况也比较相近,最大误差为7.671t/hm2,取样误差为1mm。     

缓冲筛式薯杂分离马铃薯收获机研制

针对现有马铃薯收获机薯土分离效果不理想、伤薯率和破皮率较高等问题,该文采用"2级高频低幅振动分离+薯秧分离及侧输出+低位铺放"的薯土分离工艺,研制了一种缓冲筛式薯杂分离马铃薯收获机,该机具主要由挖掘装置、松土限深装置、切土切蔓装置、分离筛、振动调整装置、薯秧分离装置、秧蔓侧输出装置、低位铺放装置以及压实整平装置等部分组成。结合分离筛末端与缓冲筛衔接处的薯杂分离状况,分析了缓冲筛倾角变化对薯块和秧蔓的影响规律,优选出较佳的缓冲筛倾角为36°。试验结果表明,在收获速度为0.88和1.16 m/s时,生产率分别为0.41和0.54 hm~2/h,伤薯率分别为1.47%和1.12%,破皮率分别为1.89%和1.07%,各项性能指标均满足相关标准的规定。随着收获速度的增加,薯块碰撞加速度峰值和碰撞次数均减小,可有效降低伤薯率和破皮率,但明薯率有所降低;反之,碰撞加速度峰值明显增大,明薯率提高的同时伤薯率和破皮率也明显增大。薯块位于分离筛上对应于薯垄边缘位置时,容易产生较大的碰撞加速度峰值(150g)。研究结果可为进一步探讨薯土分离减损控制方法及薯土分离工艺的优化改进提供参考。     

径流泥沙混合装置研发

水土流失观测人工泥沙样品误差较大,因此样品均匀是提高观测准确性的关键。该文在已研制的可移动径流观测装置的基础上,通过对其泥沙混合装置中关键参数的实验测定,确定泥沙混合效果最佳条件下的混样桶高度和直径,以此实现高混合度泥沙样品的获取。结果表明:一级分流装置在高度H150mm×直径Φ200mm时混合效果最好,样品误差小于16%;二级分流装置在高度H40mm×直径Φ60mm时效果最好,样品误差小于7%。通过设定分流装置的高度和直径,可显著提高径流泥沙混合效果,此研究为提高可移动径流观测装置的观测精度提供了参考。     

就地取材的碾压式水泥土筑坝材料

碾压式水泥土就是利用当地的泥沙材料,掺入黏土后,作为水土保持筑坝材料。2008年日本学者片山哲雄等人研究了碾压式水泥土物理参数,其结论是施工性能好,泥沙含水率最接近合适的黏稠度值是15～45s。细粒<0.075mm、砾粒>5mm的含量与<5mm细粒吸水率对强度的影响较高。当强度为3～5N/mm2临界点以下,耐磨损性显著降低。细粒成分比较多的泥沙,耐磨损性低。强度高、黏土量多、泥沙含水率低者,耐冻融性好。本施工方法可在小流域沟壑治理中推广应用,特别是在花岗岩地区,更为适宜。但因试验数据较少,存在不确定因素,有必要在今后应用过程中,进一步研究碾压式水泥土的材料构成、配比与强度的关系,遴选出优秀的碾压式水泥土的筑坝材料。     

基于不同模型不同指纹因子的东北黑土区小流域泥沙来源分析

基于指纹识别技术计算了东北黑土区典型小流域不同侵蚀产沙源地的泥沙贡献比。通过分析农地、林地、草地表层土以及侵蚀沟样品中的33种物质,使用非参数检验和多元判别分析筛选出包括P、Ce、Ga、Rb和137Cs组成的最优复合指纹因子,并将放射性核素137Cs和210Pbex作为第2组指纹因子,将最优复合指纹因子中的单个因子分别作为单因子,作为第3组指纹因子,分别利用多元混合线性模型、Bayesian模型和单因子解析解等泥沙来源指纹分析方法计算了表层土和侵蚀沟的相对泥沙贡献比。结果表明:基于不同模型不同指纹因子的泥沙来源贡献比结果虽不尽相同,但无重大差别。利用多元混合线性模型计算时,由放射性元素137Cs和210Pbex作为指纹因子计算的泥沙来源(表层土47.5%,侵蚀沟52.5%),与最优复合指纹因子计算的泥沙来源(表层土44.6%,侵蚀沟55.4%)基本一致;利用Bayesian模型计算时,由放射性元素137Cs和210Pbex作为指纹因子计算的表层土和侵蚀沟的泥沙贡献比约各占1/2,而利用最优复合指纹因子计算得到的泥沙贡献比中,表层土(58.8%)多于侵蚀沟(41.2%);以复合指纹因子中单个因子为指纹因子计算解析解,P、Ga、Ce、137Cs 4个因子的判别能力较强,能有效判别泥沙物源区;为保证泥沙贡献比计算结果的精确性,有必要确定各模型的计算精度,并挖掘具体的影响因素,调整参数或算法,为模型改进提供依据。研究发现,面积占比不足1%的侵蚀沟贡献了流域近1/2的泥沙,表明侵蚀沟发育引起的土壤流失不容小觑,应加强对该区侵蚀沟道的治理。     

弹性揉搓式马铃薯联合收获机设计与试验

针对现有马铃薯联合收获机薯土分离与清土除杂效果不够理想，伤薯率、破皮率和含杂率较高等问题，该研究采用“双重振动分离+弹性揉搓除杂+缓冲减损集薯输送”收获工艺，设计了一种弹性揉搓式马铃薯联合收获机，主要部件包括挖掘装置、液压调控薯土分离装置、弹性揉搓清土除杂装置和缓冲减损集薯输送装置等。在阐述整机结构、收获工艺特点和工作原理的基础上，分析马铃薯运行轨迹、碰撞过程及土块破碎透筛过程，确定双重振动薯土分离段、弹性揉搓清土除杂段和缓冲减损集薯输送段的结构及运行参数，以满足高效分离除杂和减损防损需求。通过田间试验验证，在挖掘深度为220 mm，作业速度分别为3.17和4.16 km/h时，损失率分别为1.17%和1.43%，伤薯率分别为1.30%和1.27%，破皮率分别为1.98%和1.84%，生产率分别为0.41 和0.54 hm²/h，各项性能指标均满足相关标准的要求，可为装备研发和优化改进提供参考。     

收获期马铃薯块茎碰撞恢复系数测定与影响因素分析

为了建立马铃薯块茎在土薯分离机构和振动筛上发生碰撞时的碰撞模型,该文基于质点对固定面的碰撞动力学理论在自制测定装置上对马铃薯块茎碰撞恢复系数进行了试验测定。对块茎碰撞恢复系数的主要影响因素碰撞材料、下落高度、块茎质量、含水率、跌落方向和马铃薯品种等进行了混合正交试验和单因素试验。混合正交试验结果表明,各因素对马铃薯块茎碰撞恢复系数的影响顺序为:碰撞材料、下落高度、块茎质量、含水率、跌落方向和马铃薯品种,其中碰撞材料、下落高度、块茎质量和含水率影响较为显著。单因素试验结果表明,马铃薯与65Mn钢、橡胶、马铃薯和土块间块茎碰撞恢复系数依次减小,其中新大坪的值分别为0.791 2、0.710 5、0.663 2、0.525 3,陇薯7号的值分别为0.762 7、0.695 2、0.690 4、0.563 1;马铃薯块茎碰撞恢复系数随着下落高度、块茎质量和含水率的增加而减小,回归方程决定系数均大于0.9。研究结果可为马铃薯收获机挖掘及土薯分离装置关键部件的优化设计提供参考。     

单颗粒液滴飞溅对颗粒起动的影响

通过室内模拟降雨试验,探究单颗粒液滴飞溅对泥沙颗粒起动的影响。试验共设计4种地表坡度（0,15°,25°,35°）及4种粒径的均匀沙（0.098~0.104,0.104~0.5,0.5~0.78,1~1.4 mm）,选取当量直径为4.5 mm的液滴进行模拟试验,同时利用高吸水树脂材料泡发后的水球作为对照组。结果表明,颗粒直径和坡度的变化对颗粒起动的影响较为显著,飞溅子液滴对液滴溅蚀具有重要意义。随着颗粒直径的增大,颗粒的起动逐渐由液滴冲击和子液滴飞溅裹挟共同作用转变为液滴冲击动能传递为主,飞溅携带为辅。当颗粒直径相同时,坡度的增大导致飞溅沙粒不再均衡,斜坡下方的颗粒飞溅量和位移随坡度的增大而增大。坡度越大,下方颗粒溅蚀深度与上方的差距也越大,导致上方颗粒失去支撑,整体失稳垮塌,发生微小滑坡。同种粒径时,树脂水球溅蚀坑的宽深比明显小于相同直径的液滴溅蚀坑,液滴溅蚀量远大于树脂水球直接撞击作用下起动的颗粒量,子液滴的拖曳对颗粒起动具有重要意义。     

铲筛组合式大葱挖掘抖土疏整装置设计与试验

针对大葱联合收获挖掘抖土疏整装置可靠性差、作业阻力大、易壅土的难题,该研究设计研发了一种铲筛组合式大葱挖掘抖土疏整装置,该装置主要由挖掘铲、抖土筛、疏土整地装置组成。首先构建了挖掘铲、抖土筛、疏土整地装置力学模型,理论阐述了其作业原理和设计思路。进一步对铲筛组合式大葱挖掘抖土疏整装置与原有大葱挖掘抖土疏整装置进行离散元仿真和田间作业对比试验。仿真试验结果表明铲筛组合式大葱挖掘抖土疏整装置作业时的土壤挠动效果和土壤颗粒流动情况均优于原有大葱挖掘抖土疏整装置。田间试验结果表明铲筛组合式挖掘抖土疏整装置收获大葱的含杂率为2.94%,损伤率为1.66%,壅土概率为10%;较原有大葱挖掘抖土疏整装置收获大葱的含杂率降低0.51%,损伤率降低0.77%,壅土概率降低40%。该研究可为大葱联合收获挖掘抖土疏整技术与装备研究提供参考。     

滤纸法测非饱和黄土土水特征曲线试验及拟合研究

土—水特征曲线是非饱和土力学研究的重要曲线,其拟合参数对于分析非饱和土的各种性质具有重要意义。基于滤纸法试验,测定了庆阳非饱和黄土土—水特征。以Gardner模型为基础,采用计算机语言MATLAB中的Lsqcurvefit、Nlinfit、Fminunc函数对试验结果进行拟合,同时对基质吸力与土体微观平面孔隙率及体积含水率间关系进行综合研究,结果表明:Nlinfit函数拟合效果较好,参数相近,曲线整体形状符合土水特征曲线(SWCC)的特征,且Nlinfit函数拟合的SWCC误差小于10%,具有较好的精度和稳定性。     

紫金山金矿第二选矿厂山坡滑坡的治理

对紫金山金矿第二选矿厂办公楼后山坡滑坡的发育特征及稳定性进行分析的结果表明,该滑坡属牵引式中层土质(堆积土)滑坡,目前尚处于活动变形阶段。对该滑坡进行综合整治,需布设抗滑桩、修建排水工程、进行坡面裂缝处理、修补和重建挡土墙、增加坡面的植被覆盖度,并要加强对边坡沉降位移的长期监测。     

利用瞬态剖面法测定宽级配砾石土水力参数试验研究

土—水特征曲线和渗透函数是土体渗流分析和稳定性研究的重要参数。基于瞬态剖面法原理,加工制作30 cm×30 cm×30 cm(长×宽×高)正方体和30 cm×60 cm(直径×高)的渗透柱,针对宽级配砾石土进行时域反射法标定试验和渗透柱试验。此渗透柱装置可以同时测定不同断面基质吸力和体积含水率变化,试验经进水饱和与排水蒸发阶段,得到宽级配砾石土体积含水率与基质吸力的关系,并根据瞬态剖面法得到非饱和渗透系数随基质吸力的变化关系;同时,采用van Genuchten和Brooks-Corey土—水特征曲线模型和渗透系数函数对其进行分析。结果表明:该渗透柱适用于宽级配砾石土水力参数测定;van Genuchten和Brooks-Corey土—水特征曲线模型都能很好地描述宽级配砾石土土—水特征曲线;Brooks-Corey渗透系数函数在描述宽级配砾石土渗透系数与基质吸力关系要优于van Genuchten渗透系数函数。这种试验方法为宽级配砾石土水力参数的测定提供了参考。     

不同孔隙度土壤气体扩散系数测定

土壤气体扩散系数是研究土壤气体传输过程的一个重要参数,它随土壤质地、容重和孔隙的改变而变化,难以估算,为准确测定和研究其特征,依据气体扩散原理设计并研制了土壤气体扩散系数测定装置。以石英砂和砂质壤土为试验材料,利用该装置研究了气体扩散系数与不同含水量和容重下的充气孔隙度间的关系。结果表明:砂质壤土原状土和装填土的气体扩散系数差别很小;土壤相对扩散系数随土壤总孔隙度减小而变小,且粒径较小的土壤具有相对较小的气体扩散系数;原状和装填砂质壤土的相对扩散系数与充气孔隙度之间的关系均可以用幂函数方程来拟合,方程中的参数与土壤质地密切相关,原状土非活性孔隙度为0。Buckingham模型的预测值与实测结果基本一致(均方根误差=0.008),但Millington and Quirk模型(均方根误差=0.032)和SWLR模型(均方根误差=0.023)的预测结果偏差较大。     

日本有关透过型坝拦截泥石流的调查分析

对日本长野县姬川水系松川上游的唐松泽设置的钢制透过型砂防坝南股 4 坝 ,拦截石砾型泥石流及坝体材料受损情况进行调查与分析。其结果 :钢制透过坝拦截含大量巨石的泥石流龙头部及后续流泥沙 ,并向坝内侧上方堆积 ,当坝内快速地积满了泥沙之后 ,泥石流后续流带着巨石越过坝顶而落下 ,巨石撞击坝的横梁和水平梁 ,使这部分材料受损。其原因 :巨石从坝顶落下时具有向下游一侧水平方向的速度和巨石容易撞击钢管。因此 ,在坝体容易受泥石流撞击的地方 ,应将水平面上的副梁和水平梁尽量拆除 ,并设法在该处不让巨石落下。针对泥石流对坝的缝隙部位可能有扭曲作用 ,建议对其坝体材料的安全性进行三维的研究。     

动力圆盘式花生挖掘装置的设计与效果试验

为解决平作花生联合收获易产生挖掘铲前壅土的问题,该文设计了一种动力圆盘挖掘装置,并对该挖掘装置中的动力圆盘进行了研究。通过设计和试验分析确定了该圆盘的结构和最优工作参数:圆盘直径为320 mm,动力轴间距370 mm,转速145 r/min;作业时,动力圆盘挖掘装置与地面前倾夹角为22°的角度入土,稳定后与地面夹角为5°的角度进行挖掘收获。通过对动力圆盘挖掘装置与普通固定式挖掘装置的挖掘收获效果进行对比试验,结果表明:该动力圆盘挖掘装置可减少机组前进阻力,在提高挖掘率、送秧率和降低挖掘铲前壅土方面具有较好的性能,更加适合平作花生的联合收获。