3种机械沙障防风固沙功能的时效性

对设置在民勤治沙综合试验站固定沙丘地带的3种机械沙障(麦草沙障、粘土沙障、塑料网格沙障)在不同时期进行破损率、输沙率、风速等指标的测定,研究经过不同时间后各类沙障的防风固沙效益。试验结果表明:各类沙障设置初期(2002-2004年)均具有良好的防风固沙效果,但是随着时间的推移,各类沙障破损率均有所增加,6年后麦草沙障的破损率最大,平均为53%,塑料沙障最小,为11%,粘土沙障介于二者之间;沙障破损导致地表粗糙度均发生明显的变化,麦草沙障由设置初期粗糙度最大降到了最低,其近地表层0～20cm处的输沙率由2003年占裸地(CK)的0.11%上升为2009年的44.47%;粘土沙障顶部掏蚀严重,其输沙率也随时间的延长呈增加趋势,由19.32%上升为30.87%,这两类沙障表面由固定向流动沙丘发展的趋势明显。塑料沙障中下部沙面稳定而顶部很少被掩埋,平均粗糙度最大,其输沙率随时间的延长呈减少趋势,由2003年占裸地(CK)的2.73%下降为2009年的0.64%,表明沙障内沙面稳定,沙丘基本固定住,沙障仍具有固沙效应。从设置成本和实际的防护效益等方面综合考虑,塑料沙障相比其他机械沙障具有长期、稳定的生态和经济效益。     

可降解聚乳酸沙障降解性能研究

按不同坡向和不同坡位,对乌兰布和沙漠铺设3.5a的聚乳酸(PLA)方格沙障的降解性能进行了研究。通过单根纱线拉伸试验研究了沙障的力学性能变化,利用天平称重测定了失重率变化,并利用环境扫描电镜观察了障体表面形态变化。结果表明,与未使用的PLA沙障相比,随坡位的上升,障体4个部位的单纱断裂强度呈现出不同程度的降低,各部位的单纱断裂强度由小到大排序依次为:迎风面、顶部、背风面、贴地面。从坡底到坡顶,障体的失重率整体呈现出逐渐增大的变化特点。沙障暴露部分的降解现象较贴地部分的明显。风沙流吹蚀磨蚀是影响PLA沙障材料性能的最主要因素,光照的影响其次,沙区土壤微生物的作用最小。     

土壤结构调理剂PAM对复垦铁尾矿砂物理性状的影响

聚丙烯酰胺（polyacrylamide,PAM）是一种常见的土壤结构调理剂,但在尾矿复垦中却少有应用。该文通过室内土柱模拟试验,采用干混法在铁尾矿砂中加入PAM,设置0%（对照）、0.05%、0.10%和0.20%共4种质量浓度PAM,观测PAM对铁尾矿砂物理性状的影响。结果表明：1）除总孔隙度之外,对照与混合PAM尾矿砂的容重、毛管孔度和毛管持水量差异显著（P<0.05）。2）随着尾矿砂毛管水上升高度增加,PAM质量浓度越大,含水率下降的趋势越缓慢,但含水率的变异性却越大,变异系数从1.22%（10 cm）增大到7.13%（40 cm）。3）PAM会极显著抑制尾矿砂毛管水上升高度（P<0.01） 但PAM质量浓度不同,抑制程度不同。据此可将上升曲线分为3个阶段：第1阶段,0～5 min,上升高度相似阶段;第2阶段6～25 min,上升高度分异阶段;第3阶段30～420 min,上升高度变化规律相对稳定阶段。毛管水上升高度随时间变化呈现幂函数增加趋势,上升速率随时间变化呈现幂函数减小趋势。4）在自然通风状态下,72小时内不同PAM质量浓度尾矿砂的含水率均持续降低,纯尾矿砂含水率的降低幅度最大,从37.53%减少到35.60%;PAM质量浓度为0.20%的尾矿砂含水率降低幅度最小,从37.40%减少到36.67%。因此,PAM的合理使用能够有效改善尾矿砂的物理性状和水分运移,为无土区的植被恢复创造适宜的生长条件。     

降雨强度和坡度对裸露铁尾矿砂坡面产流产沙的影响

采用室内人工模拟降雨技术,研究短历时暴雨和坡度对裸露铁尾矿砂坡面产流产沙的影响。结果表明:(1)不同降雨强度条件下,不同坡度间的坡面径流量、产沙量及径流泥沙含量均呈现随着降雨历时的增加而增加的动态变化趋势,不同的是径流量在15～24 min后逐渐趋于稳定。(2)不同降雨强度条件下,裸露铁尾矿砂坡面径流量及产沙量与坡度相关关系均存在临界降雨强度,该临界降雨强度约为90 mm/h。(3)不同降雨强度条件下,不同坡度间的产沙量及径流泥沙含量随着降雨强度的增加,二者与坡度的关系均由负相关逐渐转变为正相关。(4)当降雨强度从60 mm/h增加到120 mm/h的过程中,不同坡度条件下的径流量及产沙量与降雨强度总体上呈逐渐上升的趋势,局部存在特殊情况。当坡度从25°增加到35°的过程中,不同降雨强度条件下的径流量及产沙量与坡度的关系均不明显;但同一坡度条件下,随着降雨强度的增加,径流量和产沙量均逐渐增加。研究成果为揭示降雨强度和坡度对裸露铁尾矿砂产流产沙机理提供参考。     

SY固化土构件在护坡工程中的性能及其机理研究

将SY土壤固化剂和水泥掺入砂壤土,制成不同形状规格的SY固化土护坡构件,分别在水泥含量15%,20%和25%,固化剂掺量为1%,2%,3%和4%时,制成最大干密度的试样,进行了3,7,14和28 d无侧限抗压强度试验,以及水泥含量25%,固化剂掺量3%时的冻融循环试验.结果表明,SY固化剂能显著提高砂壤土的力学性能和抗冻性能;在同一个固化剂掺量下,其力学性能和抗冻性能随着水泥含量的增加而提高;同化剂掺量、水泥含量与土壤含量三者之间存在协调性.SEM测试和机理分析表明,SY土壤同化剂生成的大量二氧化硅凝胶和微膨胀的钙矾石晶体,使内部结构更加致密,从而提高了砂壤土的宏观力学性能和抗冻性能.SY固化土护坡构件完全满足护坡工程质量要求,具有较高的经济、社会和生态价值.     

不同压实水平下铁尾矿砂和土壤的水力学特征比较

由于尾矿砂的不良结构和严重压实,水土流失严重,水分已成为其生态恢复的重要限制因素。因此以水分运移为主线,通过室内土柱模拟,研究铁尾矿砂和土壤在自然状态到最大压实状态间5个压实水平(铁尾矿砂1.50~1.70 g/cm^3,土壤1.30~1.50 g/cm^3)的水力学特征差异,为尾矿砂的合理改良提供依据。结果表明:铁尾矿砂自然容重1.50 g/cm^3的水分入渗能力低于土壤自然容重1.30 g/cm^3的水分入渗能力。随容重的增大,尾矿砂和土壤的水分运移特征均呈幂函数减小的趋势,但分别在1.60,1.40 g/cm^3处入渗能力明显降低。从水分参数入渗率、湿润锋距离、累计入渗量、饱和导水率、剖面水分分布整体来看,在较低容重范围内,土壤水分运移能力高于铁尾矿砂,但由于容重对土壤水分运移的影响大于铁尾矿砂,在较高容重范围内,土壤的水分运移能力则不如铁尾矿砂。铁尾矿砂和土壤的水分特征曲线形状也完全不同,铁尾矿砂呈现"上凸"形,表现为高吸力段缓低吸力段陡,土壤水分特征曲线均为"下凹"形,表现为高吸力段陡低吸力段缓。因此,尾矿砂中可以添加土壤或者类似土壤结构的基质来增强其不良的持水性和导水性,促进生态恢复。     

库布齐沙漠北缘机械沙障对地表土壤可蚀性的影响

[目的]明确机械沙障铺设对风沙区地表可蚀性特征的影响,为防沙工程中沙障的合理应用提供理论依据.[方法]采取库布齐沙漠北缘迎风坡不同年限铺设的生物基可降解聚乳酸(PLA)沙袋沙障、沙柳沙障和芦苇沙障不同坡位的土壤样品,分析了地表0-20 cm深度土壤有机质含量、土壤粒径组成和土壤可蚀性K值.[结果]①沙障铺设后利于土壤有...     

固化剂与糯米浆固化土的工程性能对比分析

[目的] 通过分别掺入离子固化剂、糯米浆对工业废料铁尾矿砂与黄土混合土进行固化试验,研究对比两种固化剂对目标土样的固化效果差异,为后续的工程应用及研究提供理论支持。[方法] 采用离子固化剂与糯米浆分别对目标混合土进行固化研究,通过干湿、冻融循环试验和自然风化试验对试件抗压强度的改变,综合评价两种固化剂对试件强度和耐久性的影响,并根据扫描电镜试验与比表面积试验测得孔隙结构对强度的影响。[结果] 掺入1.5%离子固化剂的混合土强度改善效果优于其他掺量的离子固化剂改良土,比素土提升50%强度;掺入10%糯米浆的混合土强度使素土强度增加110%。经过耐久性试验之后,掺入1.5%离子固化剂的混合土强度损失率更小,掺入10%糯米浆的混合土强度残余更高。[结论] 离子固化剂与糯米浆作为固化剂,均可提升土体材料的强度性能。糯米浆作为固化剂的固化效果优于离子固化剂。     

敦煌莫高窟顶风沙综合防护体系固沙效应的数值模拟

结合中尺度大气模式MM5和Shao的风蚀起沙方案,对敦煌莫高窟顶灌木林带和草方格沙障的固沙效应进行数值模拟研究。结果表明:灌木林带的建立,使其地表风蚀起沙的临界摩擦速度(ut)达到1.15m/s,是林带建立前的4.1倍,地表的顺风向沙粒通量(Q)和垂直尘粒通量(F)均减小为0,完全抑制了地表风蚀起沙;草方格沙障的设置,使ut达到0.53m/s,为设置前的1.9倍,Q和F分别减少约3/5和7/8,固沙效果非常明显。一般情况下,ut不会大于1.0m/s,充分说明灌木林带比草方格具有更强的固沙效果。MM5模拟的摩擦速度和观测的摩擦速度在变化趋势上呈较好的线性相关,相关系数达0.8以上,说明MM5对该区域摩擦速度的模拟结果可靠。     

容重对铁尾矿水分运移特征的影响

[目的]探究紧实度对铁尾矿水分运移特性的影响,为铁矿区水土保持及植被恢复提供科学依据。[方法]采用室内一维土柱试验和张力计法,分别测定1.50,1.55,1.60,1.65,1.70g/cm~3这5个容重水平下的入渗过程及水分特征曲线。[结果](1)随着容重增加,铁尾矿入渗能力降低,容重与稳渗率、湿润峰距离、累积入渗量呈显著线性负相关关系(p0.05);(2)铁尾矿剖面水分含量随土层深度的增加而下降,1.50～1.60g/cm~3含水量在不同深度上分层明显,1.65和1.70g/cm~3尾矿砂剖面含水量分异性较小;(3)Green-Ampt模型拟合铁尾饱和导水率与实测值相关系数为0.886,计算精度较高,Kostiakov模型拟合不同容重铁尾矿入渗过程效果最佳(R~2=0.989);(4)铁尾矿在脱湿过程中,高容重下持水能力明显下降,1.60g/cm~3持水保水性最好,van Genuchten模型拟合水分特征曲线表明,饱和含水率(θ_s)、残余含水率(θ_r)、进气值(α)、形状系数(n)等参数随容重增大而减小。[结论]高度压实严重抑制铁尾矿水分入渗和持水能力,因此复垦修复中应以疏松尾矿基质改善结构特性为主。     

和田—若羌铁路戈壁盐碱区高立式“Z”字形沙障配置的风洞试验

[目的] 探究多排“Z”字形沙障的合理配置模式,为和田—若羌铁路沿线戈壁盐碱区的风沙防护提供科学参考。[方法] 在风洞中模拟当地的风沙环境,对孔隙率为40%的多排“Z”字形高立式沙障的防沙效果进行试验。 [结果] 多排沙障的迎风面与风向的夹角为钝角时,沙障后积沙出现分离现象;沙障的迎风面与风向的夹角为锐角时,沙障后积沙出现聚集现象。防沙效率随着风速增加都有所下降,当风速为12 m/s(7级风)时,设置两道高立式沙障和三道高立式沙障的防沙效率分别为74.0%和100%,当风速增加至15 m/s(9级风)时,设置两道高立式沙障和三道高立式沙障的防沙效率分别为72.7%,88.9%。[结论] 鉴于该研究区风沙条件,建议采用三道沙障,沙障的迎风面与风向尽量呈钝角布置。     

不同植被恢复模式对铁尾矿物种多样性及土壤理化性质的影响

为全面了解不同植被恢复模式对铁尾矿物种多样性及土壤理化性质的影响,在唐山迁安选取基于造地工程的植被恢复模式(紫穗槐林)、基于水保工程的植被恢复模式(六孔砖模式)、灌木纯林植被直接恢复模式(沙地柏直接造林模式)、乔木混交林植被直接恢复模式(沙棘-桑树混交直接造林模式),对其物种组成、数量特征和土壤理化性质进行调查,并与裸尾矿和未被破坏的天然灌丛进行对比分析。结果表明:(1)不同植被恢复模式的物种α多样性指数的变化趋势基本相同,丰富度指数和多样性指数均为沙棘-桑树乔木混交林>紫穗槐林>沙地柏灌木纯林>六孔砖;(2)与裸尾矿相比,沙棘-桑树乔木混交林模式、紫穗槐林模式及沙地柏灌木纯林模式下的土壤容重分别减少了6%,15%,14%,总孔隙度分别增加了16%,1%,8%,毛管孔隙度分别减少了19%,16%,4%,非毛管孔隙度分别增加了118%,46%,22%;沙棘-桑树乔木混交林模式、紫穗槐林模式下的土壤毛管持水量分别减少了18%,7%,而沙地柏灌木纯林恢复模式下的土壤毛管持水量增加了21%;(3)通过植被恢复后,相对于裸尾矿土壤,沙棘-桑树乔木混交林模式、紫穗槐林模式和沙地柏灌木纯林模式下的土壤有机质、速效钾含量明显增加;不同植被恢复模式的铁尾矿土壤养分的恢复效果从高到低依次为沙棘-桑树乔木混交林模式、紫穗槐林模式、沙地柏灌木纯林模式。     

乌兰布和沙漠流动沙丘纱网沙障防风效能研究

为了选择适宜规格的纱网沙障进行流动沙地治理,在乌兰布和沙漠流动沙丘设置2 m×2 m,4 m×4 m,6 m×6 m网格或2 m,4 m,6 m带宽的带状纱网沙障,采用美国HOBO全自动风速风向仪测定其风速变化,并分析了地表粗糙度、相对风速和防风效能。结果表明:2 m×2 m网格纱网沙障地表粗糙度随着风速增加而呈现出线性降低的规律;纱网沙障主要是降低近地表30 cm以下高度的风速,并提高近地表粗糙度;随着风速增加,纱网沙障防风效能变化总体呈现出降低的趋势。在流动沙丘设置2 m×2 m,4 m×4 m网格或2 m,4 m带状纱网沙障可有效降低近地表风速、增加地表粗糙度,总体防风效能较好。