紫色土坡耕地埂坎土壤抗剪性能对含水率的响应

选取三峡库区典型紫色土坡耕地埂坎进行试验,通过室内三轴试验研究不同含水率(质量分数6%、11%、16%、21%、26%和31%)对埂坎土壤抗剪强度指标的影响,以深化紫色土坡耕地埂坎力学性质研究。结果表明:1)试验含水率范围内,紫色土坡耕地埂坎土壤黏聚力受含水率影响显著(P0.05),且随着含水率增加呈现出先增大后减小的趋势,明显的峰值出现在含水率质量分数11%左右,黏聚力为85.52 k Pa;2)埂坎土壤内摩擦角随含水率增加而减小,呈非线性衰减,符合一阶指数衰减规律。高含水率时,衰减缓慢;3)紫色土坡耕地埂坎抗剪强度受含水率变化影响显著(P0.05),埂坎土壤极限主应力差随含水率和围压的变化明显且具有规律性。相同围压下,埂坎土壤极限主应力差随含水率增大而迅速减小,即土体的抗剪强度降低。相同含水率下,极限主应力差随围压增大而增大,低含水率时增加明显,高含水率时增加缓慢。当含水率质量分数达到26%左右,埂坎土壤抗剪强度趋于低值;4)紫色土埂坎土壤的应力-应变曲线随含水率递增依次呈现应变软化型、硬化型和弱硬化型。研究结果可为三峡库区高标准基本农田等工程的埂坎建设提供依据和技术支撑。     

加筋材料对紫色土坡耕地埂坎土壤抗剪强度的影响

选择三峡库区典型紫色土坡耕地埂坎为研究对象,通过室内三轴不固结不排水试验(UU)研究加筋对埂坎土壤抗剪特征的影响。结果表明:(1) 3种试验材料加筋土均表现出土壤黏聚力随着加筋量的增加先增大后减小,埂坎土壤黏聚力大小表现为:c_麦壳>c_竹丝>c_稻秆>c_素土。埂坎土壤黏聚力最大时,麦壳、竹丝和稻秆的加筋量分别为0.8%,0.5%和0.3%。加筋材料对土壤内摩擦角的影响不明显。(2) 3种加筋材料均能提升土壤抗剪强度。土壤极限主应力差随着加筋量的增加先增大后减小,麦壳、竹丝和稻秆加筋土的极限主应力最大值均出现在最优加筋量处。4种试验围压下,加筋埂坎土极限主应力差最大值均体现出(σ_1-σ_3)_麦壳>(σ_1-σ_3)_竹丝>(σ_1-σ_3)_稻秆>(σ_1-σ_3)_素土。(3)最优加筋量条件下,3种加筋埂坎土壤试样在不同试验围压下的应力—应变曲线均呈硬化型。     

土壤干密度和含水率对2种紫色土抗剪强度的影响

选择广泛分布于重庆丘陵山区的钙质紫色土和中性紫色土2种土壤,通过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。结果表明:(1)在相同干密度情况下,2种土壤粘聚力(c)随着含水率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)随干密度增大而增大;2种土壤内摩擦角(φ)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粘聚力(c)有显著影响,粘聚力(c)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,并在此交互条件下c达到最大。钙质紫色土粘聚力(c)在干密度为1.7g/cm3,含水率为11%时达到极大值,此时粘聚力(c)为154.59kPa,中性紫色土粘聚力(c)在干密度为1.6g/cm3,含水率为8%时达到极大值,此时粘聚力(c)为126.38kPa。(3)含水率和干密度的交互作用对内摩擦角(φ)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,相对而言,含水率对内摩擦角(φ)的影响更明显。钙质紫色土内摩擦角(φ)随含水率的增大呈曲线下降,中性紫色土内摩擦角(φ)随含水率增大有一个短暂的增大过程,而后随之迅速减小。     

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。     

土壤管理措施对紫色土坡耕地侵蚀耕层质量的影响

紫色土坡耕地是我国西南地区重要的耕地类型,为了探讨土壤管理措施对紫色土坡耕地侵蚀耕层质量的影响,以紫色土坡耕地耕层土壤为研究对象,采用铲土侵蚀模拟试验小区,建立不同侵蚀程度(侵蚀年限)的坡耕地定位试验,以不施肥为对照(CK),设置了化肥管理措施(F)、生物炭+化肥管理措施(B+F),对比分析土壤管理措施对土壤理化性质及力学性能影响,采用土壤质量指数法分析紫色土坡耕地侵蚀耕层质量变化特征。对3种土壤管理条件下坡耕地耕层质量及恢复作用进行评价。结果表明:(1)土壤管理措施对紫色土坡耕地侵蚀耕层土壤理化性质影响差异显著。F管理措施不能改善土壤结构,但能提高土壤养分,B+F管理措施耕层土壤容重最小,土壤总孔隙、毛管孔隙及饱和含水量增加,有机质含量最高,为12.45 g/kg,土壤养分状况最好。(2)F和B+F 2种管理措施均能提高0—10 cm土层抗剪强度,使得表层土壤抵抗剪切破坏能力增强,有利于水土流失调控,2种管理措施下土壤贯入阻力下降,能有效促进作物根系生长发育。(3)2种管理措施对紫色土坡耕地耕层土壤质量均有恢复作用,土壤质量指数依次为B+F(0.686)、F(0.625)、CK(0.595),B+F管理措施土壤质量较对照CK(0.595)提升15.3%,较F(0.625)提升9.8%,B+F管理措施对坡耕地侵蚀耕层土壤质量恢复效果最好,能有效提高紫色土坡耕地侵蚀耕层作物产量。B+F管理措施能有效改善土壤结构,增加土壤养分含量,更适合紫色坡耕地侵蚀耕层质量恢复及土壤侵蚀防治,研究结果可为紫色土坡耕地侵蚀性耕层质量恢复提供适宜管理措施,对紫色土坡耕地持续利用具有重要意义。     

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.     

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。     

紫色土坡耕地生物埂土壤抗剪强度对干湿作用的响应

生物埂土壤水分在次降雨中存在"干-湿-干"变化过程,这对生物埂土壤抗剪强度具有削弱作用。该文以紫色丘陵区花椒埂(HJ)和桑树埂(SS)为研究对象,通过根系现场挖掘法和土壤物理、力学性质测定等综合方法,研究生物埂土壤水分及抗剪强度在天然降雨干湿作用下的衰减-恢复效应。结果表明:1)生物埂土壤含水率随干湿作用表现出"急剧增加-急剧降低-稳定波动"趋势,小雨条件下生物埂0~20 cm土壤含水率变化明显;而在大雨和暴雨条件下,生物埂0~30 cm土壤含水率均变化明显,且分别在3种降雨发生后第5、7、9天土壤含水率趋于稳定;2)生物埂土壤黏聚力和内摩擦角均呈现"急剧衰减—相对稳定—逐渐恢复"趋势,小雨条件下生物埂对土壤黏聚力和内摩擦角具有增强效应且随垂直深度呈降低趋势;3)花椒埂、桑树埂在暴雨条件下能显著削弱干湿作用对土壤抗剪强度的劣化效应,2种生物埂的土壤黏聚力劣化率较对照埂分别降低44.03%、65.05%,而内摩擦角劣化率分别降低42.47%、45.70%。研究结果可为紫色丘陵区坡耕地生物埂措施设计和坡耕地耕层水土资源保护利用提供技术支持。     

紫色土坡耕地埂坎土壤裂隙发育及其对抗剪强度的影响

【目的】探究失水过程中埂坎的裂隙发育规律及其对抗剪强度的影响,为揭示埂坎失稳机制提供科学依据。【方法】以典型紫色土坡耕地埂坎为研究对象,模拟试验埂坎土壤水分耗散和裂隙发育过程,测试土壤抗剪强度,分析土壤抗剪强度与裂隙发育的关系。【结果】埂坎裂隙发育具有明显的阶段性特征,裂隙面积率、面积-周长比、形状指数和分形维数总体表现为先快后慢再趋于稳定。裂隙发育的阶段性对土壤抗剪强度及其参数的影响存在差异,快速发育阶段（31%≥w> 22%）,裂隙发育和无裂隙发育试样的土壤抗剪强度、黏聚力和内摩擦角无明显差异;缓慢扩展和基本稳定阶段（22%≥w> 10%）,裂隙发育通过影响土壤黏聚力对抗剪强度影响较大。试验条件下,裂隙发育试样的土壤抗剪强度总体小于无裂隙发育试样,土壤抗剪强度随含水率衰减而逐渐增大。裂隙发育和无裂隙发育试样抗剪强度的差异主要取决于土壤黏聚力,试验范围内的最小黏聚力（10.97 kPa）出现在质量含水率20%左右。裂隙发育试样的黏聚力随水分耗散的变化幅度不大,而内摩擦角则随水分耗散呈近似线性增大,裂隙发育试样的土壤抗剪强度主要受内摩擦角影响。【结论】紫色土坡耕地埂坎土壤裂...     

紫色土坡耕地侵蚀耕层土壤养分变化特征

通过设置侵蚀模拟小区,研究紫色土坡耕地耕层质量退化过程中土壤养分的变化特征。以三峡库区紫色土坡耕地侵蚀耕层土壤为研究对象,基于铲土侵蚀模拟法建立5种侵蚀程度(0,5,10,15,20 cm)和2种管理措施[不施肥(CK)、常规耕作(F)]的原位试验,采用田间原位检测、土壤化学性质分析等手段,对常规耕作侵蚀耕层土壤养分的恢复效应和土壤养分的年际变化趋势进行研究。结果表明：(1)耕层土壤养分各项指标均表现为F>CK,表明F较CK改善土壤养分效果较好,且对有机质、全氮和有效磷改善效果明显。(2)紫色土坡耕地耕层土壤养分主要富集在0—20 cm表土层,整体随侵蚀程度加剧,随剖面呈下降的趋势,F下0—30 cm土层土壤养分含量增加明显,对10—20 cm土层有机质含量增幅效果最优。(3)经过连续4年的定位试验,CK下有机质、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾含量较背景值增长4.33%～15.89%,全氮含量较背景值无明显变化,全磷含量较背景值降低11.78%;F土壤养分含量较背景值增长4.51%～49.46%。研究成果可为坡耕地合理耕层调控途径、提高土地生产力提供基础参数。     

紫色土坡耕地耕层蓄水保土及耕性特征研究

通过对重庆合川和云南楚雄紫色土坡耕地野外调查和土壤物理力学性质分析,对比研究了紫色土坡耕地耕层土壤的蓄水、稳定性及耕性特征。结果表明:(1)紫色土坡耕地耕层土壤入渗速率随土层深度而降低,0—20,20—40,40—60cm耕层土壤稳定入渗率分别为5.80~9.58,2.81~4.35,0.98~1.96 mm/min;而相应深度土壤最大有效库容分别介于49.93~66.26,46.04~59.05,37.42~43.55mm范围,0—20cm土壤兴利库容高产耕层大于低产耕层;(2)不同类型紫色土坡耕地耕层土壤稳定性差异明显,土壤团聚体结构均以5,5~3,3~0.5mm 3个粒级为主,且0.25 mm水稳性大团聚体含量随耕层深度显著降低;0—20cm耕层土壤稳定性指数依次为烟草高产耕层(2.96)玉米高产耕层(2.55)烟草低产耕层(2.45)玉米低产耕层(2.38);20—40,40—60cm土层的玉米和烟草稳定性指数分别较0—20cm耕层降低0.44,0.64和0.66,0.71;(3)不同坡耕地耕层土壤抗剪强度和贯入阻力差异显著(p0.05),土壤抗剪强度依次为玉米低产耕层(36kPa)玉米高产耕层(29kPa)烟草低产耕层(25kPa)烟草高产耕层(21kPa),峰值出现在20—40cm;高产耕层的土壤贯入阻力在0.3~1.9 MPa,低产耕层则在0.5~2.5MPa变化,其峰值出现在40—50cm。紫色土坡耕地高产耕层具有稳定入渗率高、有效库容大、土壤持水性能较强、土壤结构稳定性高、表层土壤抗剪强度和贯入阻力较低的特征。     

凌源市推广“金字塔”模式开发治理成效显著

凌源市推广“金字塔”模式开发治理成效显著刘海潮，张凤山，祁放（辽宁省凌源市水利局，１２２５００）凌源市水土保持小流域综合治理，经过多年的不断完善、总结、提高，形成了一林戴帽，二林围顶，果牧拦腰，两回穿靴，一龙坐底的产金字塔＂综合治理模式ＪＩ９８８年经...     

紫色土坡耕地横坡垄作的水土流失特征及作物产量效应

通过在紫色土坡耕地上进行横坡垄作,观测了不同坡度坡耕地的水土流失及作物产量状况.结果表明研究区的降雨集中在4～9月,形成不同坡度的侵蚀降雨量在年际间的分布也不相同.随着坡度的增大,径流量和泥沙量均增大,但径流系数先增大,后减小,再增大.径流量、泥沙量与降雨量在坡度≥15°时均呈极显著正相关关系,而在坡度为20°与降雨强度呈极显著正相关关系;与之相应,随着坡度的增大,除小麦产量是先减小后增大外,其余两种作物(玉米和甘薯)的产量均是先减小后增大,再减小,且三种作物产量变化的过渡坡度均为15°.     

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。     

初始含水率及容重影响下红壤水分入渗规律

运用室内模拟土柱试验,研究了初始含水率为7%,11%和15%这3个梯度及容重为1.2,1.3,1.4,1.5g/cm~3这4个梯度对均质红壤水分入渗规律的影响;根据Kostiakov模型和Philip模型对入渗过程进行拟合分析,得出入渗模型参数。试验结果表明:均质红壤水分入渗,入渗率、湿润锋运移速率与时间呈幂函数递减关系,Philip入渗模型较适用;随着时间的推进,土壤逐渐达到饱和,入渗率、湿润锋运移速率的变化也越来越小;入渗率与初始含水率成反比关系,初始含水率越高,入渗率越低;湿润锋运移速率随初始含水率增加而增大;土壤容重越大,入渗率越低,湿润锋运移越慢。     

紫色土坡耕地埂坎水分衰减下土压力非线性分布

[目的]揭示紫色土坡耕地埂坎土压力分布特征及其影响因素,为三峡库区乃至长江上游地区的紫色土坡耕地埂坎优化设计、建设与维护提供科学依据。[方法]采用土槽模拟试验,向土槽注水至土壤基本饱和,使用静态应变仪分层采集土压力,采用烘干法测量各层土壤水分含量,分析土壤水分衰减过程中土压力变化特征。[结果]①土压力随着土层深度的增加呈非线性分布,表现为土压力先随着土层深度的增加而增大,在距离试验土槽底部0.375 H左右达到最大,然后又随着土层深度的增加而减小。②试验条件下,土壤水分饱和后随着时间的变化呈近似线性衰减,并对土压力产生了显著影响(p0.01),但不同土层间存在一定差异。③土层深度和土壤水分含量的交互效应对土压力的影响显著(p0.01)。[结论]三峡库区紫色土坡耕地埂坎土压力呈非线性分布,土层深度和土壤水分含量及其交互效应对埂坎土压力均存在显著影响。