鄂尔多斯红色砒砂岩冻融循环变形特性

砒砂岩区的产沙量是以非径流的冻融风化侵蚀为主形成的,冻融循环作为一种特殊的强风化作用,其对砒砂岩进行结构性的破坏.为揭示砒砂岩冻融破坏机制,使用LDMD-A三温冻融循环试验仪,以内蒙古自治区鄂尔多斯准格尔旗红色砒砂岩为研究对象,模拟自然条件进行单向冻融,研究分析冻融次数及含水率对原状砒砂岩冻融循环的影响规律.结果表明:冻融循环过程可以很清晰地反映砒砂岩在冻结和融化过程中,其固相、液相相互转化时内部热量的变化,以及砒砂岩冻结、融化过程的体积变化;在冻结过程中,砒砂岩冻胀率与含水率、冻融次数密切相关,含水率对冻胀率影响更显著.当含水率为8.56％和10.27％时,冻胀率随冻融次数增加而增大;但含水率为8.56％时,冻胀量很小,当含水率＞10.27％时,发生冻胀明显,试样冻胀量会随冻融次数增加而增大;当含水率≥11.53％时,冻融循环＞6次,冻胀率趋于平缓.其结果揭示了不同因素下,砒砂岩冻融循环变形规律,为砒砂岩冻融侵蚀机理的深入研究提供参考.     

砒砂岩筑坝施工方法初步试验研究

为探索利用砒砂岩作为筑坝材料的施工方法 ,黄河水利委员会绥德水土保持科学试验站于 1997年进行了试验研究。试验坝采用爆破松动砒砂岩 ,推土机运料上坝及碾压的施工方法。试验结果表明 ,利用砒砂岩筑坝的最优铺料厚度为 40cm ,最优碾压遍数为 3遍     

反复剪切作用下砒砂岩土壤力学性能试验

为分析砒砂岩土壤的力学性能,该文根据砒砂岩土壤的粒径分布特点,对比分析3种不同粒径（≥0.5～1 mm、≥0.25～0.5 mm、＜0.25 mm）,4种不同含水率（5%、8%、11%、14%）土壤试样在法向压力50~300 kPa作用下反复直剪的力学性能,得出以下结论：1）不同粒径的砒砂岩在第1次剪切中剪应力出现峰值,第2、3、4次的剪应力与剪切位移关系曲线呈微硬化型。粒径范围为≥0.25～0.5 mm的砒砂岩峰值强度和残余强度均最低;2）砒砂岩随含水率增加,峰值强度和残余强度均有所降低。粒径范围为≥0.5～1 mm的峰值强度和残余强度受含水率影响最显著;3）进一步拟合得到了砒砂岩法向位移和剪切位移的函数关系,可以较好地反应砒砂岩剪切过程的剪胀规律。该研究为砒砂岩区水土流失及边坡稳定问题的防治提供力学依据。     

内蒙古砒砂岩地区水土流失规律研究

内蒙古砒砂岩地区是黄河重要的粗沙来源区,该地区具有水蚀、风蚀及重力侵蚀交互的特点。利用三个试验流域1983～1997年的天然观测资料,分析得到了砒砂岩侵蚀交互作用的时空分布规律;通过对砒砂岩的理化及侵蚀产沙特性的分析表明,砒砂岩的产流和产沙能力均高于当地的黄土和风沙土。本研究建立了砒砂岩地区的水蚀模型,并对水力侵蚀过程进行了模拟。     

内蒙古砒砂岩不同类型区土壤水分、养分特征研究

[目的]探究砒砂岩不同类型区及不同土地利用方式对土壤水分、有机碳和全氮含量的影响,对于砒砂岩区进一步发展具有重要指导作用。[方法]以内蒙古准格尔旗砒砂岩覆土区的13年生沙棘林地、6年生沙棘林地、天然草地及砒砂岩裸露区草地和砒砂岩覆沙区的天然草地、柠条林地、农地、退耕5年地共8个样地为研究对象,通过测定0—100 cm深度不同土层土壤含水量、有机碳和全氮含量,研究和比较了不同土层土壤水分、有机碳和全氮含量与变化规律。[结果](1)覆土区(13年生沙棘林地152.36 mm、6年生沙棘林地165.16 mm、天然草地160.97 mm)0—100 cm土层土壤储水量均高于覆沙区(天然草地73.03 mm、柠条林地66.56 mm、农地79.70 mm、退耕5年地107.03 mm)。(2)裸露区草地土壤有机碳含量均低于覆土区和覆沙区,0—100 cm土壤有机碳储量(1.97 kg/m²)分别比覆土区天然草地、6年生沙棘林地、13年生沙棘林地和覆沙区天然草地、柠条林地、农地、退耕5年地分别低了2.24 kg/m²,2.36 kg/m²     

砒砂岩改良风沙土对磷的吸附特性影响研究

【目的】适量砒砂岩能有效改良风沙土的吸水和保水特性,但对于砒砂岩改良风沙土的养分有效性尚不清楚。本文研究了不同用量的砒砂岩改良风沙土对磷吸附特性的影响,以期为评价改良土壤对磷的吸附特性,揭示改良土壤对磷的吸附机理和指导磷肥合理施用提供依据。【方法】本试验设计了砒砂岩和风沙土0∶100(L)、10∶90(LS1)、25∶75(LS2)、50∶50(LS3)、75∶25(LS4)、90∶10(LS5)和100∶0(S)(烘干质量比)7个不同比例的改良模式。研究了在25℃下砒砂岩不同添加量改良风沙土的磷吸附动力学和等温吸附特征,并应用吸附动力学模型和等温吸附模型进行参数拟合,以揭示改良土壤对磷的吸附机理,同时分析了砒砂岩添加比例与改良土壤中磷的最大吸附量的关系。【结果】1)同一初始浓度下,随着吸附时间的延长,改良土壤对磷的吸附量呈增大趋势,24 h后逐渐达到平衡。2)吸附时间一定的情况下,随着磷初始浓度的增大,改良土壤对磷的吸附量逐渐增大,直到接近或达到吸附最大值。3)风沙土对磷的吸附量大于砒砂岩的吸附量,改良土壤中随着砒砂岩添加比例的增加,土壤对磷的吸附量呈减小趋势。4)风沙土、砒砂岩和改良土壤对磷的吸附动力学曲线符合准二级动力学模型。等温吸附曲线以Langmuir模型的拟合效果最优。5)风沙土、砒砂岩和改良土壤对磷的吸附属于均质的单层吸附,由膜扩散和颗粒内扩散共同控制吸附反应速率,吸附机理主要是化学吸附和离子交换。6)改良土壤对磷的最大吸附量随砒砂岩添加比例的增加呈线性减小关系。在生产实践中,可通过测定砒砂岩和风沙土对磷的最大吸附量及风沙土中砒砂岩的添加比例来对改良土壤中磷的最大吸附量进行预测。【结论】砒砂岩可显著减小风沙土对磷的吸附固定,增加施入磷肥的有效性。所以当改良土壤恢复植被以后,磷肥施用初期,砒砂岩添加比例较大的改良土壤中,磷素的肥效较好。但随着植物的生长利用,各改良土壤中吸附磷素的释放效果以及磷肥肥效的持续性有待进一步研究。     

复合侵蚀作用下砒砂岩坡面产流产沙过程试验

通过模拟室内风力、水力、冻融条件,进行单一水蚀、冻融+水蚀、冻融+风蚀+水蚀3种营力组合试验,揭示了复合侵蚀条件下的砒砂岩产流产沙变化规律。结果表明:(1)相同降雨条件下,冻融+水蚀、冻融+风蚀+水蚀试验的径流量均为水蚀试验的1.2倍,产沙量分别为水蚀试验的2.4,2.8倍。冻融能够增大砒砂岩产流产沙量,风蚀对增加侵蚀产沙量的作用较小。(2)砒砂岩产流产沙过程的峰值及变幅随营力种类的增多而增大,单一水蚀的产流产沙过程相较于复合营力作用下的水沙过程具有显著的坦化特征。(3)复合侵蚀作用使初始入渗率增加,随着降雨的进行对入渗的影响逐渐减小。营力作用的增加使初始含水率更大,后期更小。(4)砒砂岩的累计产流量与累计产沙量呈幂函数关系。冻融作用对水沙关系的影响较大,风力作用的影响较小。此试验表明,复合侵蚀营力作用的增多会加剧砒砂岩坡面的侵蚀过程,从而使侵蚀产沙量增大。     

内蒙古砒砂岩地区风蚀、水蚀及重力侵蚀交互作用研究

内蒙古砒砂岩地区是黄河重要的粗沙来源区 ,具有水蚀、风蚀及重力侵蚀交互的特点。利用 3个试验流域1983～ 1997年的天然观测资料 ,分析得到了砒砂岩侵蚀交互作用的时空分布规律 ;通过对砒砂岩的理化性质及侵蚀产沙特性的分析表明 ,砒砂岩的产流和产沙能力均高于当地的黄土和风沙土。建立了砒砂岩地区的水蚀模型 ,并对水力侵蚀过程进行了模拟     

新型亲水性聚氨酯对砒砂岩边坡抗降雨侵蚀的影响

通过人工模拟降雨试验,研究新型亲水性聚氨酯材料(W-OH)对不同坡度和降雨强度条件下砒砂岩边坡抗降雨侵蚀的影响。结果表明:(1)坡度和降雨强度两个因素均对砒砂岩边坡受降雨侵蚀影响明显,随着坡度和降雨强度的增加,侵蚀产沙量不断增加,其中降雨强度的影响较坡度更为显著;(2)W-OH处理以后,坡面侵蚀产沙主要由雨滴击溅造成,在所选用的坡度范围内,坡度对坡面侵蚀的影响基本可以忽略;(3)W-OH对砒砂岩边坡抗降雨侵蚀方面减蚀效果非常明显,不同条件下减沙比均超过了98%;(4)W-OH处理以后,在砒砂岩表面形成了一层稳定的保护层,不仅起到了隔离水与砒砂岩的效果,同时又增加了坡面的光滑度使得径流可以快速疏导。     

沙棘植物对砒砂岩沟道土壤改良效应的研究

基于内蒙古砒砂岩地区准格尔旗东一支沟沙棘植物柔性坝野外水保试验,根据监测的土壤有机质数据,运用比较与统计分析的方法,研究了沙棘植物对沟道土壤的改良效应.结果表明,沙棘植物的存在,极大地提高了沟道土壤肥力,改善了植物群落的生长环境,对于该区生态环境的恢复与重建具有重要意义.沙棘柔性坝所形成的复合地表枯枝落叶层的腐殖质、根系的死亡代谢及分泌物都是沟道土壤有机质的重要来源;沙棘植物柔性坝沟道0-30 cm土壤层的有机质含量平均值要高出对比沟1.25倍;东一支沟沙棘柔性坝沟道土壤有机质含量从上游到下游表现出沿程增加的趋势;各典型沙棘柔性坝沿土壤剖面的有机质含量平均值是相应对比沟的约1.8倍;有机质沿土壤剖面的分布对比说明,沙棘植物的存在改变了沟道有机质沿土壤剖面的分布,这种分布有利于沙棘植物及砒砂岩沟道次生植物群落的生长与恢复.     

植被恢复和覆土厚度对砒砂岩区土壤水分及养分的影响

[目的]研究植被恢复对砒砂岩区土壤水分和养分的影响状况,明确对于砒砂岩地区土壤保水保肥效果最佳的植被恢复类型,为砒砂岩区的生态修复和区域水土流失治理提供理论依据。[方法]选取准格尔旗暖水乡裸露砒砂岩向覆土砒砂岩过渡区域,以黄土—砒砂岩交界带不同人工恢复植被和自然恢复草地的土壤为研究对象,测定土壤水分和养分含量,分析不同植被恢复和覆土厚度对砒砂岩区土壤水分和养分特征的影响(其中天然草地作为对照)。[结果](1)裸露砒砂岩向覆土砒砂岩过渡区域土壤水分含量主要受黄土厚度影响,黄土的持水性能优于砒砂岩土壤,养分含量主要受植被恢复类型影响;(2)研究区土壤各指标均属于中等变异程度,其中土壤水分、碳、氮含量自北向南随覆土厚度增加逐渐增加,磷素分布则相反;(3)对比天然草地,沙棘和油松恢复对砒砂岩区土壤碳、氮含量的提升效果最好,土壤有机质含量分别提高了43.12%和34.27%,全氮提高了78.95%和42.11%,铵态氮提高25.64%和46.15%,硝态氮提高69.44%和42.22%。其中油松恢复下土壤水分含量高于天然草地54.55%,但人工植被恢复后的土壤磷素水平并没有提升。[结论]黄土较砒...     

植被混凝土生态基材冻融效应试验研究

以植被混凝土生态基材为研究对象,探讨了冷端温度、含水率、植生土类型及融化温度4个因素对其冻融效应的影响。结果表明:各因素对植被混凝土冻融效应影响的强弱顺序为植生土类型 > 含水率 > 冷端温度 > 融化温度;随冷端温度升高或含水率增大,植被混凝土的冻胀率与融沉系数均显著增大;其它条件都相同时,黏土配置的植被混凝土在冻融效应上比砂土表现的更为敏感;融化温度对植被混凝土融沉系数的影响微弱,且无规律可循;冻胀与融沉过程对植被混凝土耐久性的破坏主要体现在内部的微观结构上,冻融双重作用对植被混凝土的体积变化影响并不显著;以冷端温度和含水率为影响因素所建立的综合预报模型拟合度好,可有效预测植被混凝土冻胀与融沉变形量。     

含水量变化对冻融指标影响试验研究

我国冻融侵蚀面积 12 5万km2 。将试验土样分两组按一定密度和一定含水量装入试样盒进行试验 ,得出同种土质不同含水量、不同试验条件下的冻胀系数和融沉系数等有关冻融的指标。研究结果表明 :含水量及其变化是影响土体冻融指标的关键因素 ,土体的冻融是一个动态变化的过程。进行冻融侵蚀评价时 ,要充分考虑土质和土壤本身的含水量及冻融过程中的水分补给、环境变化等因素。     

影响冻融土壤水分入渗特性主要因素的试验研究

以冻融期间大田自然冻融土壤入渗试验为依据,分析讨论了影响冻融土壤水分入渗特性的主要因素。试验结果表明,冻融条件下,土壤水分入渗特性不仅受非冻结土壤基本理化特性（土壤结构、土壤质地、、土壤含水量等）的影响,还受冻融土壤的冻层厚度、冻层层位、冻层层数等特有因素的影响;在给定土壤质地条件下,土壤结构、土壤含水量、冻层厚度和冻层层位是其主导影响因素,冻层层数对土壤入渗能力也有一定影响。研究结果可为冻融土壤入渗特性的进一步研究奠定基础;可供季节性冻土区冬春灌溉参考。     

东北黑土区冻融作用对黑土水稳性团聚体的影响

Soil aggregate stability,an important index of the physical characteristics of a soil,can provide a good indication of a soil’s erodibility,and deserves special consideration in regions with cold climate.The objective of this study was to study the effect of freeze-thaw on soil water-stable aggregates in the black soil region of Northeast China.Samples of a typical black soil in the region were collected to measure water-stable aggregates after freeze-thaw under different conditions(i.e.,initial moisture contents,freezethaw cycles and freezing temperatures)by wet-sieving into eight particle size groups(10,10–6,6–5,5–3,3–2,2–1,1–0.5,and0.5–0.25 mm).Freeze-thaw had the most effect on aggregate stability when the samples had an initial moisture content of 400 g kg-1.The water-stable aggregates of the four larger particle size groups(5,5–3,3–2,and 2–1 mm)reached a peak stability value,but those of the two smaller particle size groups(1–0.5 and 0.5–0.25 mm)reached a minimum value when the soil moisture content was 400 g kg-1.Water-stable aggregates of the four larger particle size groups decreased while those of the two smaller particle size groups increased with the increase of freeze-thaw cycles.As temperatures fell,the water-stable aggregates of the four larger particle size groups decreased while those of the two smaller particle size groups increased.     

砒砂岩区小流域土壤有机质的空间分布及其环境影响因素研究

砒砂岩区是黄河中游粗泥沙集中来源区之一。研究砒砂岩区小流域土壤有机质特征及其与环境因子的关系，对于科学指导植被建设，减少入黄泥沙有重要意义。本文以砒砂岩区典型小流域为研究对象，于流域内布设150个样点，按照0~20cm、20~40cm、40~60cm划分土层深度采集土壤样品，运用通径分析和冗余分析方法进行分析，研究结果表明：砒砂岩区小流域不同土地利用方式土壤有机质呈乔木林>灌木林>天然草地>耕地>裸地趋势，不同地形土壤有机质呈沟底>坡面>山脊的规律；冗余分析的结果显示，复合地形指数、土地利用方式、坡位以及土层厚度对砒砂岩区土壤有机质空间变异规律的解释量最大；通径分析的结果显示，环境因子与土壤有机质的关系可以用多元线性方程"Y=1.054+0.099" "X" _"1" "+2.722" "X" _"2" "+0.776" "X" _"3" "-0.001" "X" _"4" 来表示，其中坡位和土地利用方式是影响砒砂岩区小流域土壤有机质空间变异的主导因素，土层厚度与土壤有机质垂向变异的密切相关。     

土壤抗压强度的试验研究

通过对土壤的无侧限抗压强度的试验研究，认为土壤容重与含水率是影响抗压强度的主要因素。分别确定了抗压强度与土壤容重、土壤含水率之间的关系，从土壤抗压强度的微观机理分析了它们之间的关系与作用，建立了土壤抗压强度—容重—含水率的数学模型。     

土壤含水率与干密度对油松根-土界面摩擦性能的影响

为研究土壤物理特性对植物根系固土性能的影响,通过对油松单根施加拔出荷载进行直接拉拔实验,分析土壤含水率与干密度对拔出过程中根-土界面摩擦性能的影响。结果表明：单根拉拔实验中根系有被拔出和被拉断2种破坏模式：根-土最大摩擦力与根系直径有明显的线性相关关系,通过建立单根简化模型分析根-土间的摩擦情况,证明与实验结论一致;且根系直径在一定范围内时,根-土的最大摩擦力随土壤含水率的升高先增大后减小,而随土体干密度的升高单调增大。     

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。