黄河三角洲粉质盐碱土土壤结构特征与渗透性关系分析

以黄河三角洲粉质盐碱土为研究对象,通过扫描电镜及压汞试验,结合土壤渗透系数,分析土壤结构特征与渗透性之间的关系。结果表明:黄河三角洲原状盐碱土土颗粒呈紧密镶嵌式排列,孔隙狭窄且不连通,孔隙主要为小孔隙和微孔隙,孔径较小;对原状土进行渗透试验得到渗透系数为6.46×10~(-5) cm/s,渗透性较差;将土壤重塑后由于絮凝集聚体被破坏且该地区盐碱土中粉粒含量较多,其渗透系数降为2.40×10~(-5) cm/s。黄河三角洲粉质盐碱土结构致密,孔隙狭小不连通,不能为水分下渗提供充足的渗流通道,导致该地区土壤渗透性较差。综合考虑该地区土壤结构特征与渗透性,对其进行治理时,建议掺杂砂石,以打破原始结构,增加渗流通道。     

吸力步长和加载时间对土水特征曲线测试结果的影响规律和修正方法

基于非平衡态的动态多步流动方法能够快速测定非饱和土的土水特征曲线,试验中不同的吸力步长和加载时间对试验结果有一定的影响。本文利用联合测试系统分别对粉土和粉质黏土开展动态多步流动试验,测定了不同的吸力步长和加载时间对测试结果的影响规律,提出了合理的基质吸力步长和加载时间。对于粉质黏土试样可以用动态多步流动方法测试500 k Pa以内的土水特征曲线,利用VG模型拟合外推得出该试样高吸力范围的土水特征曲线。     

内陆浅层咸水区水动力参数变异过程试验研究

选取鲁北平原区浅层粉土、浅层咸水和大气降水为供试材料,进行室内雨水-咸水驱替试验,研究驱替过程中的含水介质渗透性变化特征,探讨内陆浅层咸水区水动力、水文地球化学过程对水文地质参数变异影响。试验结果表明:雨水驱替咸水饱和土柱过程中,盐分突变,渗透系数由开始的6.49×10-4 cm/s最终降至2.28×10-4 cm/s,并维持相对稳定;第188d后,咸水再次驱替土柱,且完全穿透土柱后,含水介质孔隙度由开始的43.02%大约降至39.73%;在雨水驱替过程中,水温变化对渗透系数波动性变化的影响较为显著。研究认为,内陆咸水区含水介质黏土矿物含量高,黏粒大量膨胀和释放、扩散及Ca/Mg-Na的离子交换作用引起孔隙度降低是造成含水介质的渗透性下降的主因,咸雨水驱替过程中渗透性的变化具有不可逆性。含水介质水文地质参数的变异对于内陆浅层咸水形成和演化有重要影响。     

土料固化剂固化土料的室内试验研

选用HEC高强高耐水土体固结剂、CLG-2001型土石固结剂、利路力泥土固化剂、GSY系列土料固化剂，选用粘土质砂、粉质粘土等土料制备试样，进行了不同土料固化的对比试验，同一土料在固化剂掺入量不同时的对比试验，同一种固化剂对不同土料的固化效果试验。试验结果表明：各种固化剂对提高土料强度和水稳定性均有效。不同的土料和不同的试剂在固化效果上不同。     

土料固化剂国化土料的室内试验研究

选用HEC高强高耐水土体固结荆、CLG-2001型土石固结剂、利路力泥土固化剂、GSY系列土料固化荆，选用粘土质砂、粉质粘土等土料制备试样，进行了不同土料固化荆的对比试验，同一土料在固化荆掺入量不同时的对比试验，同一种固化荆对不同土料的固化效果试验。试验结果表明：各种固化剂对提高土料强度和水稳定性均有效。不同的土料和不同的试荆在固化效果上不同。     

基于CT扫描技术的黏土导热系数试验研究

针对土体细观的孔隙结构分布特征对导热系数的影响,基于分形理论,利用CT扫描和图像处理技术,对5种干密度重塑黏土试样的孔隙参数进行定量分析。结果表明:干密度从1.4g/cm3增大到1.6g/cm~3的过程中,孔径d1mm的试样,其孔隙的数量及孔隙度呈减小趋势,而孔径在0.22mm～1mm内的孔隙数量增多;利用分形理论对扫描图像进行分析,发现二维横截面内土体的分布分维数D呈逐渐增大趋势,由此推断:一部分较大孔径的孔隙随着土体干密度增大转换成较小孔径的孔隙,且土颗粒间的距离逐渐减小;将实际测定的导热系数λ与颗粒分布分维数D进行非线性拟合,拟合方程显示λ随颗粒分布分维数D增大而增大,相关系数达0.97,因此颗粒分布分维数D可作为描述黏土导热系数的新指标。     

冻融对饱和渠基土物理力学性质的影响

冻融作用一直是寒区渠道破坏的主要诱因,为探究冻融作用对饱和粉质粘土物理力学性质的影响规律,在低温环境模拟试验箱内,对饱和土进行0~11次冻融后,结合室内土工试验,并用灰色关联度对其各项性质间交互影响效应进行分析。结果表明:随冻融循环次数的增加,饱和土黏聚力以单指数函数形式逐渐降低,内摩擦角逐渐升高。冻融作用对黏聚力的影响在初次冻融后衰减明显;损伤比系数Kφ、KC与冻融循环次数关系可分别用对数函数和指数函数描述;导热系数、平均干密度与冻融循环次数呈负相关关系,而平均孔隙率、渗透系数与冻融循环次数呈正相关关系;与冻融作用相比,平均孔隙率对黏聚力、导热系数、平均干密度和渗透系数的变化影响相对较大;对于单个试样而言,物理性质对力学性质的改变影响由大到小为:平均孔隙率、平均干密度、渗透系数、导热系数。     

考虑地区差异性的饱和黄土三轴渗透试验研究

影响饱和黄土渗透系数的因素很多,除了与其自身的孔隙比、干密度、颗粒级配等因素有关外,还与地区之间的差异性有直接的关系。不同地区黄土的化学成分和所含矿物质含量都有差异。本文在室内三轴渗透试验的基础上,分析了典型地区饱和黄土的渗透性差异。通过研究并认识到：饱和黄土的渗透系数随围压和干密度的增加而减小;重塑黄土制样所形成的层理结构促使了饱和黄土的渗透进程;饱和黄土的渗透系数自北向南,自西向东呈减小趋势。     

结构性对西澳残积土抗剪强度影响的试验研究

残积土结构性遭到破坏会导致工程事故,有必要研究其结构性对力学性质的影响。对西澳残积土的原状和重塑土分别进行单剪试验和三轴固结不排水试验,研究结构性对其抗剪强度的影响。试验结果显示:单剪试验中,不论是原状土还是重塑土,产生相同剪应变时,剪应力都是随着竖向应力的增大而增大;由于原状土的结构性较强,在较低的竖向应力作用下,要产生相同的剪应变,原状土比重塑土需要施加更大的剪应力;在较高的竖向应力作用下,原状土的结构性遭到一定程度的破坏,要产生相同的剪应变,需要施加的剪应力比重塑土小。三轴固结不排水试验中,围压较低时,原状土较强的结构性起主导作用,相同轴向应变下的剪应力比重塑土大;围压较高时,原状土的结构性被破坏,而其较大的孔隙起主导作用,在产生相同轴向应变时的剪应力反而比重塑土要小。重塑土在相同的轴向应变ε_a下,剪应力q随着围压的增大而增大;原状土在围压较小时,由于结构性较强,q～ε_a曲线随围压的变化不明显,在围压较大时,原状土的结构性被破坏,呈现和重塑土类似的规律。根据三轴试验结果提出了原状土和重塑土的G_(max)与p′之间的归一化关系式。比较单剪试验和三轴试验得到的抗剪强度,发现单剪试验得到的抗剪强度位于三轴试验得到的有效强度包线和总强度包线之间。最后对工程中类似残积土抗剪强度参数的选取提出建议。     

非饱和重塑黏土在不同击实条件下的土水特征曲线试验研究

采用压力板仪对非饱和重塑黏土在2种不同击实条件下的土水特征曲线进行了研究。即对该重塑土样开展标准击实试验,在击实曲线上取同一干密度对应的不同击实含水率的试样和击实曲线上最优含水率处的试样,并通过增加击实次数,得到另外2种击实干密度的试样,对上述试样进行土水特征曲线测试,并采用常用的土水特征曲线模型Van Genuchten模型、Fredlund 3参数模型、Fredlund 4参数模型对实测试样的土水特征曲线进行了拟合,其拟合结果较好。研究发现,击实干密度越大,空气进入值越高,试样持水能力越强。击实含水率越大,试样可塑性越好,持水能力越强,空气进入值也越大。     

Image processing-based study of soil porosity and its effect on water movement through Andosol intact columns

The soil pore network and marcoporosity are important factors affecting water and solute transport. The transfer of contaminants to water resources is of particular importance in the Valle de Bravo watershed as it provides 10% of the drinking water for the 20 million inhabitants of Mexico City. This watershed is composed mainly of Andosols with unique mineralogical and physical characteristics. Soil porosity is usually examined on thin sections, using various image analysis techniques. We propose a novel methodology combining image analysis and a displacement experiment to study relationships between soil structure and water tracer transport parameters. H₂¹⁸O displacement experiments were conducted through intact soil columns sampled at three depths from a representative cultivated Andosol profile. The soil structure and pore characteristics were obtained by image analysis on thin sections obtained from each column at the end of the displacement experiment. The total 2D porosity (for pores larger than 50 μm) varied from 80% of the total section area in the topsoil to around 60% in the subsoil. Tubular pores were the most abundant in the soil profile, but ploughing of the topsoil had destroyed sections of these pores and replaced them with packing pores. Water transport in the intact subsoil columns was always in physical non-equilibrium, showing the existence of preferential flow pathways. In the topsoil, one column out of three showed no preferential flow, demonstrating that soil ploughing also homogenised pore connections. Pore connectivity was larger in the ploughed topsoil than in their deeper soil horizon counterparts. Our methodology offers a 2D quantitative characterisation of the macroporous network at 50 μm resolution and the determination of water transport parameters on the same intact soil samples. 3D characterisation of soil porosity using X-ray computed tomography (CT) gives a better picture of pore connection but usually has lower spatial resolution and a larger cost.     

扬州沿运灌区暗管排水土工布外包滤料的水力性能试验研究

农田暗管排水系统建设是提高农业机械化作业效率的有效措施之一.土工布作为排水暗管外包滤料时,需要具有良好的透水性能和抗淤堵能力.文中以扬州段沿运灌区为例,针对当地土壤中粉粒含量较高,土工布外包滤料筛选困难等实际问题,参考相关技术准则,选用2种开孔率和厚度不同的土工布进行了水力渗透试验,并与传统的河砂反滤材料进行了对比,筛选出适合当地土壤的土工布外包材料.研究结果显示,所选用的2种土工布透水性能存在较大差异,其中厚度较大(0.41 mm)、孔径较小(180 μm)的土工布A的透水性能较好,渗透系数为初始值的54.1%,高于河砂滤层的46.1%,而厚度为0.35 mm、孔径为227 μm的土工布B渗透系数仅为初始值的30.2%.相比于土工布B,土工布A具有更好的抗淤堵能力,长期使用后淤堵率比土工布B低16%.通过对土工布表面形成的、透水性较低的滤饼分析发现,土工布B不但自身发生了较大程度淤堵,其表面形成的滤饼较为密实,是影响其渗透性能的直接原因.     

基于CT扫描的滨海土壤孔隙空间网络表征与渗流模拟

以江苏省沿海地区不同围垦区剖面土层原状土样为研究对象,基于CT扫描技术,通过构建孔隙网络模型,对土壤孔隙分布及其拓扑关系进行定量表征,统计分析了土壤孔喉参数,包括孔径分布、配位数、喉道半径及喉道长度;运用提取的孔隙网络实现土壤中单相水的渗流模拟,分析土壤的绝对渗透系数（饱和导水率）及其主要影响因素。结果表明,围垦活动对改良土壤孔隙活动起到积极作用,随围垦年限的增加,连通孔隙的半径范围、平均配位数、喉道半径趋于增大,喉道长度趋于减小;浅层土壤的孔隙结构较为良好。单相水模拟中,模拟计算的土壤绝对渗透系数和试验测定的饱和导水率结果吻合度较好,呈现出一致的变化规律。灰色关联度显示喉道半径对土壤渗透性能的影响最大。     

基于黏粒量的土壤水分特征曲线预测模型

【目的】建立基于黏粒量的土壤水分特征曲线预测模型。【方法】设计12种不同黏粒量的质量混合比处理,获得一系列合成土样,通过测定合成土样的土壤水分特征曲线,研究了在体积质量一致的条件下,黏粒量对土壤水分特征曲线参数和孔隙分布的影响。【结果】在体积质量为1.55 g/cm³条件下,黏粒量增加1.9倍,土壤中传导孔隙(0.03~1 mm)体积减小28.6%,储存孔隙(200nm~0.03 mm)体积增加6倍,土体的持水性增强。合成土样的土壤水分特征曲线参数θs和α均与黏粒量显著正线性相关,θr与黏粒量显著负线性相关,n和m均与黏粒量呈指数衰减关系。【结论】基于黏粒量确定的土壤水分特征曲线预测模型具有较高的精度,能够快速预测土壤水分特征曲线,预测值与实测值之间相对误差<15%。     

The transport of chloride and non-diffusible solutes through soil

Summary The mean velocity at which water flowed through large undisturbed cores of soil was determined from the breakthrough of surface-applied Cl^–, using a transfer function based on the normal distribution of the logarithm of cumulative drainage. For soils ranging in texture from sandy loam to silty clay loam, mean pore water velocities varied from 7 to 30 cm h^–1 for an input rate of 2 cm h^–1. Antibiotic-resistant Escherichia coli applied to the soil surface appeared to be transported through large pores only (> 10–15 m diameter), and the relative concentration in the effluent (C/C₀) did not change significantly with effluent volume. Mean C/C₀ values for E. coli in these soils, which ranged from 0.003 to 0.94, could be predicted from the mean pore water velocity derived from Cl^– transport.     

压力水头对微润灌溉土壤水分运移试验研究

为了探明微润灌溉湿润体特性,采用黏性土壤和3个水头(1.5,2.0,2.5 m)进行试验,分析微润管的入渗速率、累计入渗量、湿润体体积及湿润体含水率分布特征,同时探讨了含沙量为1.0 g/L的水质在3种水头压力下的堵塞问题.研究表明:土壤累积入渗量与压力水头呈正相关,与时间呈负相关;粒径为0.061~0.100 mm的浑水试验中,试验初期3个不同水头下的流量相差较小,24 h后流量相差逐渐增大,压力水头增大对微润带的堵塞情况有改善作用;微润灌溉湿润体形状近似圆柱状,湿润锋行进半径与压力水头呈正相关,建立了压力水头与湿润体体积的预测模型;不同压力水头下各方向的湿润锋扩散指数都约为0.42;湿润体体内含水率呈同心圆分布,随半径增大而减小,靠近微润管壁2 mm处含水率最大,土壤水分移动主要动力为压力水头和土壤势能之差.研究结果可为微润灌溉提供科学的理论依据和理论基础.     

覆膜滴灌条件下土壤改良剂对土壤导气率的影响

为研究覆膜条件下土壤改良剂对土壤导气率的影响,进行田间对照试验分析。结果表明:施加改良剂对土壤颗粒机械组成没有明显改变,但使土壤容重明显减小、饱和含水率升高、田间持水率升高;覆膜条件有保水保墒作用,但阻碍了土壤空气与外界气体的交换,使土壤导气率降低;改良剂的施加改善了土壤结构和土壤物理性状,促进了土壤孔隙内气体流通,使土壤导气率增大;石膏对导气率的改善效果最显著,聚丙烯酰胺(PAM)次之,旱地龙的改善效果最低;PAM和旱地龙的中、高施量比低施量改善效果更显著,石膏的中、低施量对导气率的改善效果相近,高施量处理下导气率为低施量处理的1.12倍。说明土壤改良剂对土壤导气率有较好的改善效果。     

珍珠岩粒径对土壤水分运移的影响

【目的】探究不同粒径珍珠岩对土壤水分运移的影响。【方法】设置大(1～3 mm)、中(50～200μm)、小(<50μm)3种粒径珍珠岩处理,对其表面结构进行扫描电镜观察研究各处理的吸水及在不同温度下的保水性能;向土壤中施加大、中、小3种粒径珍珠岩,通过盆栽与土壤水分入渗试验,探究其对土壤水分的影响。【结果】通过扫描电镜观察到珍珠岩表面孔隙随粒径的减小,孔隙数量减少,且孔径也减小,小粒径(<50μm)珍珠岩不具有孔隙;通过不同温度下珍珠岩持水量测定,表明大粒径(1～3 mm)与中粒径(50～200μm)珍珠岩在常温下具有一定的吸水性和保水性,中粒径珍珠岩在3个处理中吸水量最大,保水性最好;通过盆栽试验,发现大粒径与小粒径珍珠岩能促进土壤水分的蒸发,减少土壤水分,中粒径珍珠岩在土壤中具有一定的保水性;通过水分入渗试验,发现大粒径与中粒径珍珠岩能促进土壤水分入渗,土壤累积入渗量和湿润锋深度随着珍珠岩粒径增大而减小,Horton公式拟合更适合本试验的入渗模型。【结论】不同粒径的珍珠岩对土壤水分运移影响不同。大粒径珍珠岩具有疏松土壤,增加土壤水分散失的作用;中粒径珍珠岩能良好地协调土壤水气状况,促进土壤水分入渗,并且有一定的保水能力;小粒径珍珠岩会对土壤造成不良影响,不宜作为土壤添加基质。     

生物结皮对土壤水气传输特性的影响

为研究生物结皮对土壤气体传输、水力传导特性的影响,在陕北水蚀风蚀交错区,以4种处理土样(无结皮、去结皮、3 a生结皮和7 a生结皮)为研究对象,进行土壤导气率、饱和导水率和入渗速率的测定分析.结果表明:在土壤吸湿和脱湿过程中,相同土壤含水率所对应的土壤导气率值不同,且脱湿过程的导气率值高于吸湿过程;生物结皮导致土壤导气率降低;由于生物结皮的存在,土壤总孔隙度和毛管孔隙度增加,在增强土壤持水性的同时降低了土壤的导水性;生物结皮生长年限越久,土壤水分入渗的能力显著降低;3种入渗模型中Horton模型的决定系数R²的值大于同处理下其他模型,该模型更适合于用来模拟该区域生物结皮覆盖下的土壤入渗特征.