土壤优先流研究现状与发展趋势

优先流是近年来针对土壤水运动所提出的术语,是土壤中水运动机制研究由均匀走向非均匀领域的标志,是指在土壤各向异性的情况下,水分和溶质在多重因素的共同作用下,沿着特定的路径向下发生非稳定渗流的现象.优先流是造成降雨型滑坡、泥石流等地质灾害以及地下水质污染、农业土壤中养分流失等现象的主要诱因之一,所以深入开展优先流的研究显得尤为重要.本文从优先流的界定出发,主要介绍回顾了优先流数学模型的发展和研究优先流所采用的技术手段和方法,最后总结并探讨了优先流研究中存在的问题和发展趋势.     

滇东石漠化坡地浅层裂隙漏失土壤的抗剪强度及其影响因素

[目的] 探讨滇东岩溶断陷盆地植被恢复对改善浅层裂隙土壤理化性质及增强土壤抗剪强度的影响,为减缓土壤漏失,有效遏制该区石漠化态势提供科学参考。[方法] 通过野外调查取样和室内土壤团聚体湿筛、土壤抗剪试验等方法,分析云南松次生林、小铁仔灌丛裂隙土壤基本性质、土壤抗剪性能的垂直变化特征。[结果] ①植被恢复能改善裂隙土壤理化性质,但随着土层深度的变化出现差异。两对比群落裂隙土壤中有机质、砂粒含量、水稳性团聚体（>0.25 mm）随着土层深度的加深呈递减趋势,土壤黏粒含量、水稳性团聚体（<0.25 mm）呈递增趋势;云南松次生林裂隙土壤砂粒（55.46%）、有机质（19.63 g/kg）、水稳性团聚体（76.51%）含量>小铁仔灌丛裂隙（50.16%,11.31 g/kg,67.57%）,粉粒（17.55%）、黏粒（26.99%）、小颗粒团聚体（23.49%）含量<小铁仔灌丛裂隙（22.56%,27.27%,31.43%）。②两对比群落裂隙土壤黏聚力都随着土壤黏粒、水稳性细颗粒团聚体的增多而增大（p<0.05）,土壤内摩擦角随着砂粒、有机质、水稳性大颗粒团聚体的减少而逐渐减小（p<0.05）。③两对比群落裂隙土壤抗剪强度随土层深度的加深而减小,但云南松群落在提升浅层裂隙土壤抗剪性能上要优于灌丛群落,尤其是在中层和深层裂隙土壤,云南松群落抗剪强度大于小铁仔灌丛,两对比群落裂隙的抗剪强度差异性极显著（p<0.01）。[结论] 在滇东断陷盆地石漠化地区,乔林群落更有助于改善中层和深层土壤理化性质,提高土壤抗剪强度,减缓浅层裂隙土壤漏失效应更显著。     

云南省昭通市烂泥箐滑坡源区草本植物根系抗拉特征

[目的] 研究植物根系的抗拉强度特征,了解根系在复合体中的表现,为开展生态护坡时植物的选择提供依据。[方法] 对取自于云南省昭通市烂泥箐滑坡滑源区的鸢尾和艾根系开展单根拉伸试验,从宏观破坏特征,变形—拉力曲线以及断裂拉力、最大抗拉力、抗拉强度、延伸率和拉伸模量等参数揭示两者变形破坏特征和抗拉特征。[结果] ①鸢尾根系破坏具有明显延性,而艾根系呈现脆性破坏特征;破坏时前者的平均延伸率约是后者的3倍。鸢尾根系在拉伸过程表现出较好弹塑性变形特征和较强的变形能力。②由于周皮组织的保护作用,鸢尾根系变形—拉力曲线多呈现波动多峰值型,而艾根系主要呈现近似直线型。③根径和根系长度明显影响着根系抗拉特征,根系的断裂拉力和最大抗拉力、抗拉强度和拉伸模量随根径增加而呈现增加或减小的变化特点,待测根系长度较短会导致抗拉特征参数变异程度增强。所以建议选择根径沿轴向变化不大,尽量长的根系开展相关力学试验。[结论] 建议选择根组织结构好,周皮组织厚,变形能力强,延伸率大且具有明显延性破坏特征的植物作为草本护坡植物。     

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。     

昭通烂泥箐滑坡源区原生状态根-土复合体抗剪特征

以昭通烂泥箐滑坡源区优势物种鸢尾科鸢尾属鸢尾原生根系—土复合体作为研究对象,采用直剪试验对复合体抗剪特征进行深入研究,并与室内相同含水率重塑复合体试验结果对比分析。结果表明,整体上无根素土具有应变软化特征,而复合体具有应变硬化的特性,各复合体的抗剪强度均比素土的高,且抗剪强度随着含根量的增加而增加,根系加固效应明显,但复合体并没出现与重塑土类似的最优（最佳）含根量。原状复合体的c值随含根量的增加没有明显变化规律,而φ值则逐渐递增,其增长率也有相同的变化趋势。复合体破坏断面显示根系为主根系且垂直贯通剪切面,垂向压力大时固土效应最优;无主根的侧根直径较小,根系在复合体中倾斜分布,特别是与剪切错动方向一致时会影响固土效应发挥。素土破坏模式为破坏面并不完全水平整体的剪切破坏,复合体则是非根系被剪断或拉断,而根系被拔出土体,根—土界面产生明显相对位移的破坏模式。研究结果可为以增强复合体抗剪强度为目的的护坡植被的选择提供基础理论依据。     

基于CT扫描的斜坡非饱和带土体大孔隙定量化研究和三维重建

[目的]系统开展植被发育斜坡非饱和带土体中大孔隙定量化和三维重建技术研究,为水分沿大孔隙迅速运移研究提供可靠理论依据,对于降雨型滑坡研究具有基础性意义。[方法]采用CT技术对云南省昭通市盘河乡头寨滑坡滑源区左侧斜坡区两个尺寸为25cm×25cm×50cm的大尺度土柱进行扫描,得到一系列平面和纵向CT切片图像。图像处理并计算得到了土柱中大孔隙随深度的变化情况以及3种物质(砾石、土体基质和大孔隙)的CT值范围;借助VolView 3.4体可视化交互系统实现了三维大孔隙通道系统的重组,研究其在空间内的连通性、分支性和复杂性。[结果]包括根系通道、动物通道、干缩裂缝及团聚体间的结构性孔隙广泛发育于非饱和带土体中,且大孔隙分布异质性明显,波动变异较大,随着深度的增加大孔隙呈逐渐减小的趋势。三维重组清晰可见土柱内含有较多独立分布的大孔隙通道,它们具有较好的连通性。[结论]CT扫描技术作为非破坏性获得技术在斜坡非饱和土体大孔隙定量化和三维重建研究中应用是可行的。