干湿循环条件下重庆地区三种土壤抗剪强度的动态变化

选择广泛分布于重庆丘陵山区的黄壤、钙质紫色土和中性紫色土3种土壤,通过对室内三轴剪切试验,测定含水率和干密度交互作用对土壤抗剪强度指标的影响,在含水率和干密度对土壤抗剪强度影响分析的基础上,3土壤按各自最优含水率和干密度制作干湿循环试验土样,进行干湿循环条件下土壤抗剪强度的动态变化分析。试验结果显示：(1)在相同干密度情况下,3种土壤粘聚力c值随着含水率的增加呈现出先增加后减小的趋势,在相同土壤含水率水平下,土壤粘聚力c值随干密度增大而增大,3种土壤内摩擦角φ值在各干密度条件下均随着含水率增加呈明显减小的趋势。(2)含水率和干密度的交互作用对土壤粘聚力c值有显著影响,粘聚力c值在1.3-1.7g/cm₃干密度范围内随着干密度的增大而增大,且每一个干密度都有一个含水率与之对应,在这样一个交互作用下粘聚力c值达到最大,含水率和干密度的交互作用对内摩擦角φ值影响相对较小,同一干密度下,其φ值差异不大,随干密度的增大缓慢增大。(3)3种土壤的粘聚力c值均随干湿循环次数的增加均呈减小趋势,且前两次循环c值衰减幅度都很大,从第三次干湿循环到第五次干湿循环粘聚力c值衰减幅度很小,趋于稳定。(4)3种土壤在干湿循环后内摩擦角φ值总体呈减小趋势,但不同土壤类型间存在差异,第五次循环结束后,黄壤为24.6?,中性紫色土为22.6?,钙质紫色土为19.3?。     

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。     

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。     

不同护坡草本植物的根系分布特征及其对土壤抗剪强度的影响

为明确用于三峡库区植被构建的边坡植物物种根系特征与土壤抗剪强度之间的关系,该文以裸地为对照,应用WinRHIZO(Pro.2004c)根系分析系统对香根草(Vetiveria zizanioides(Lin.) Nash)、百喜草(Paspalum notatum Flugge)、狗牙根(Cynodon dactylon(L) Pers.)和紫花苜蓿(Medicago sativa L.)4种护坡草本的根系特征进行定量分析.研究发现:香根草的根长密度和根表面积密度显著大于其他草本;各草本类型的根长密度、根表面积密度及根重密度均随着土壤深度的增加递减,但随深度的增加,不同草本类型的差异逐步缩小;不同草本类型土壤内摩擦角φ和粘聚力c大小均为:香根草>百喜草>紫花苜蓿>狗牙根>裸地,且随土层深度的增加而降低;随着根长密度、根表面积密度的增大,土壤内摩擦角φ呈显著的对数增长,土壤粘聚力c呈显著的线性增长,且与直径D≤5 mm不同径级的根系特征之间存在明显的相关性.结果表明:相对于裸地而言,4种草本均能显著增强土壤内摩擦角φ和粘聚力c,且根系对土壤内摩擦角φ的提高程度大于土壤粘聚力c;根长密度和根表面积密度,尤其是直径D≤5 mm径级的根长密度和根表面积密度能很好的表征土壤的抗剪强度,可作为评估土壤抗剪强度的重要参数.     

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。     

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。     

黔中喀斯特地区土壤机械分维特征及其与土力学特性的关系

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机械分维特征及其与土壤黏聚力c、内摩擦角φ及土壤紧实度的关系。结果表明,研究区土壤分形维数D一般在2.80~2.93之间,当直径小于0.002 mm的土壤颗粒含量超过50%时,其分形维数则大于2.90。相关性分析表明,土壤机械分维与土壤黏聚力、土壤紧实度呈极显著正相关,土壤黏聚力和紧实度随机械分维增大而增大;土壤机械分维与内摩擦角呈极显著负相关,土壤内摩擦角随机械分维增大而减小。     

水蚀风蚀交错区黄土抗剪强度敏感性分析

抗剪强度不仅是黄土重要的力学性质指标,还是控制重力侵蚀的内在因素。利用直剪仪进行快剪试验,研究干密度和含水量对黄土抗剪强度的影响,并用基于变量增长率的敏感性分析方法,对抗剪强度的影响因素进行了敏感性分析。结果表明:干密度是通过影响粘聚力和内摩擦角来影响抗剪强度的,而含水量仅仅通过影响粘聚力来影响抗剪强度。含水量对粘聚力的影响呈指数函数减小,而对内摩擦角影响很小,含水量对粘聚力的影响程度是其对内摩擦角的18.5倍。黄土抗剪强度对干密度的敏感性大于它对含水量的敏感性,前者的敏感系数是后者的10倍。可为黄土沟坡重力侵蚀的力学机理分析提供参考依据。     

土壤含水率与土壤碱度对土壤抗剪强度的影响

土壤含水率和土壤碱度是表征土壤物理化学性质的两个重要参数。通过室内三轴不固结不排水试验，研究了土壤含水率和土壤碱度对土壤抗剪强度的影响。试验处理采用5种土壤碱度(土壤可交换钠百分比ESP=0、5、10、20、40)和4种土壤质量含水率(0.05、0.10、0.20以及饱和含水率0.34)水平。试验结果显示，土壤黏聚力随着土壤含水率的增加基本上呈先增大后减小之趋势；当土壤含水率在0.10附近时黏聚力达到其最大值。土壤内摩擦角随着土壤含水率的增加而线性减小。土壤碱度对土壤黏聚力的影响机理较为复杂，其影响效果随土壤含水率的增加而减小；但土壤碱度对土壤内摩擦角的影响较小。土壤碱度对土壤抗剪强度的影响程度明显地小于土壤含水率对其的影响程度。     

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。     

土壤含水率对浅层滑坡体不同层次土壤抗剪强度的影响

采用5种土壤质量含水率(0.05,0.08,0.10,0.12,0.15)水平,进行浅层滑坡体不同层次土壤在不同含水率条件下的不固结不排水剪切试验.试验表明,浅层滑坡体不同层次土壤抗剪强度与土壤含水率密切相关.土壤含水率对浅层滑坡体A层、B层和C层土壤抗剪强度指标的影响呈现出相同的规律.A层、B层和C层土壤黏聚力均随着土壤含水率的增加基本呈先增大后减小的趋势,在土壤含水率为0.10左右时土壤黏聚力达到其最大值,在相同土壤含水率条件下,土壤黏聚力的分布规律为C层>B层>A层.A层、B层和C层土壤内摩擦角随着土壤含水率的增加近似呈线性减小,在相同土壤含水率条件下.土壤内摩擦角的分布规律为C层>B层>A层,但就随土壤含水率的增加,土壤内摩擦角减小的速率而言,呈现出B层>A层>C层的规律.消除和减轻地表水的危害是我国西南丘陵山地滑坡灾害防治的重要环节.     

斥水剂作用下非饱和土壤抗剪强度测定及其变化规律

为获得斥水性土壤抗剪强度的变化规律,采用二甲基二氯硅烷(dimethyldichlorosilane,DMDCS)作为斥水剂,获得了不同斥水程度的改性砂土。在此基础上配制了不同斥水剂体质比和不同含水率的改性砂土及不同亲水黏土质量分数的改性混合土,并采用非饱和土直剪仪开展了不固结不排水剪强度试验。结果表明:1)不同DMDCS体质比下的5种改性砂土斥水等级均为极度。改性混合土的斥水等级受DMDCS和黏土含量的共同影响。相同DMDCS体质比下,随着黏土含量的增加,改性混合土的斥水性能不断减弱;相同黏土含量下,随着DMDCS体质比的增加,改性混合土的斥水性能不断增大。2)不同DMDCS体质比、含水率及黏土含量下的改性土壤抗剪强度均可用摩尔-库仑强度准则描述。DMDCS体质比从0增至1%时,黏聚力从19.6陡降至10.4 kPa,随后缓慢降低,最终趋于稳定。内摩擦角则随着DMDCS体质比的增加缓慢减小,从0时的16.2o降至3%时的11.8o;随着含水率的增加,改性砂土黏聚力逐渐减小,而内摩擦角呈先升后降形态;随着黏土含量的增加,改性混合土黏聚力显著增大,内摩擦角表现为先升后降,变幅不大。纯改性砂土的黏聚力仅为9.3 kPa,而掺入5%的黏土时,其黏聚力骤升至27.2 kPa;当黏土质量分数为50%时,混合土黏聚力为55.1 kPa;内摩擦角最大值为16.2°(黏土质量分数15%),最小值为9.7°(黏土质量分数50%)。该成果可为深入研究斥水性土壤力学性能及工程应用提供参考。     

紫色土磷素流失的环境风险评估-土壤磷的“临界值”

采用室内培养的方法,研究了3种类型的紫色土旱地和淹水土壤磷素流失的环境阈值。结果表明:无论是淹水土壤或旱地生境,3种紫色土Olsen-P与CaCl2-P之间都存在一个"临界值",酸性、中性和钙质紫色土磷素淋失临界点的Olsen-P含量分别为67.2、85.8和113.8 mg kg-1。淹水土壤磷素环境敏感值在酸性、中性和钙质紫色土上,Olsen-P含量分别为49.2、77.9和92.1 mg kg-1。3种紫色土在淹水还原条件下土壤磷环境敏感临界值比旱地低,淹水还原条件提高了紫色土磷向水体释放的风险。淹水土壤Olsen-P含量与田表水TP、DP浓度之间存在"临界值",酸性、中性和钙质土临界值处土壤Olsen-P含量分别为(65±1.41)mg kg-1(、96.7±2.7)mg kg-1和(105.5±1.1)mg kg-1。土壤0.01 mol L-1 CaCl2-P与田表水TP、DP之间呈极显著的线性关系。可以利用这些指标对紫色土区域土壤磷环境风险进行评价,并确定区域磷肥的最佳管理策略。     

水分耗散下紫色土埂坎裂隙发育及影响因素

埂坎裂隙发育危害埂坎稳定性,进而影响埂坎水土保持作用的发挥.为揭示失水过程埂坎裂隙发育规律及其主要影响因素,以紫色土坡耕地埂坎为样地,采用模拟埂坎试验,研究不同初始含水率(25％,30％,35％)、干密度(1.3,1.4,1.5 g/cm3)和加筋量(0.05％,0.15％,0.25％)下裂隙发育过程,通过图像分析方法...     

三峡水库消落带淹水—落干交替下紫色土力学特性变化模拟

三峡水库消落带在高压淹水浸泡和干湿交替作用下,土壤力学特性必然发生变化,影响土体抗侵蚀性能,破坏库岸稳定性。目前对消落带土壤力学特性变化及其对淹水—落干驱动的响应尚不明确。以三峡水库消落带广泛分布的紫色土为研究对象,模拟水压作用和淹没—出露交替过程,研究紫色土应力—应变和抗剪强度参数对高压淹水和干湿交替作用的响应。结果表明:水柱压力、干湿交替次数和干湿交替幅度都能显著驱动紫色土力学特性发生变化。与对照组相比,随着水柱压力增加,紫色土刚度逐渐增强,黏聚力降低幅度变小,内摩擦角增大。随干湿交替次数增加,紫色土刚度逐渐减小;内摩擦角有所增大,黏聚力的变化趋势与之相反,且随干湿交替次数的增加而显著降低。随干湿交替幅度增加,抗剪强度迅速降低(相同围压下),黏聚力增大,内摩擦角降低;与对照组相比,干湿交替幅度越小,土壤的内摩擦角增大越多,黏聚力降低越多。     

紫色土崩解特性对容重和含水率的响应特征

以紫色土为研究对象,通过室内重塑土试验,采用多元回归方程和曲面响应等分析方法,研究容重和含水率对紫色土崩解特性的影响。结果表明:(1)在相同容重下,崩解量随着含水率的增加而减小,不同含水率的土样崩解时间有所不同;土样完全崩解时间总体上随着含水率的增加而延长,且崩解量主要集中在崩解阶段前3 min。(2)在相同含水率下,崩解量随着容重的增加而减小,土样完全崩解时间总体上随容重的增大而延长,且崩解量主要集中在前4 min。(3)在相同容重和含水率下,土样崩解速率均随着容重和含水率的增大而减小;较之容重,含水率对崩解速率的影响较大。容重和含水率的交互作用对崩解速率影响显著,即随着容重和含水率的增加,土样崩解速率减小。研究成果为紫色土的侵蚀防治提供了参考。     

紫色土水分和壤中流对降雨强度的响应

为研究降雨强度对紫色土坡耕地不同深度土壤水分含量和壤中流的影响,初步揭示紫色土水分和壤中流之间的相互耦合关系,通过原位人工模拟降雨试验,在60,90,120 mm/h 3种降雨强度条件下,采用Minitrase TDR可埋式探头对紫色土坡耕地土壤剖面浅层(0—20cm)、中层(20—40cm)、深层(40—60cm)的土壤水分含量进行了实时连续测定,并在降雨过程中分层收集测量壤中流,开展了降雨—产流过程的观测试验。结果表明:(1)当雨强较小时,浅层土壤含水率变化曲线呈现上升期和稳定期,随着雨强和深度的增加则呈上升期、稳定期或始终处于稳定期;(2)随深度和降雨强度的增加,土壤含水率稳定时间增加,含水率变化越小,响应越不明显;(3)在不同降雨强度条件下,各土层均有壤中流产生,低雨强条件下壤中流都是单峰产流过程,中雨强和高雨强下为双峰产流过程;(4)壤中流产流时间随雨强增大而显著减小,随深度增加而显著增加;(5)降雨强度与土壤水分含量和壤中流参数三者间相互有显著相关性。