重庆缙云山典型植被原状土与重塑土抗剪强度研究

为了从土壤力学方面探索防治水土流失的途径与措施,该文采用直剪仪对重庆缙云山5种典型植被的原状土和重塑土抗剪强度进行试验测定。通过比较相同植被同干密度、同含水率的原状土与重塑土在同一垂直荷载下的剪切差异,分析了根(极细根)在土壤－根系复合体(原状土)中的作用。研究结果表明：原状土剪切位移小于重塑土;在相同垂直荷载作用下,同一植被原状土的抗剪强度大于与其同干密度、同含水率的重塑土。原状土的剪切破坏近似于塑性破坏,而重塑土则属于弹性破坏;原状土的抗剪强度与含根量呈正相关,并以此建立关于原状土的抗剪强度回归模型。     

云南省东川银合欢林区重塑土三轴抗剪强度实验研究

为研究固氮植物的固土机制,在中国科学院东川蒋家沟泥石流观测研究站银合欢林区选取5棵树龄相当的银合欢树,于植株附近1m处分别挖取深2m,宽1m的土壤剖面取土并采取银合欢树根,对含有银合欢树根的重塑土进行三轴实验。分析了抗剪强度、黏聚力及内摩擦角与含根量及根径的关系。实验结果表明,抗剪强度与含根量及根径均呈正相关,黏聚力与含根量及根径均呈正相关,内摩擦角受含根量及根径的影响较小,在一定程度上呈负相关。准黏聚力准则与该实验结果一致,同时也存在不同之处,即随着含根量的增多及根径的增大,土体的黏聚力提高,但在一定程度上土体内摩擦角有所降低。定量评价银合欢根系在提高土体抗剪强度方面所起的作用,对利用生物工程措施在该区域进行生态修复有着重要的应用价值。     

剪切方式对重塑黄土残余强度的影响

[目的]探究剪切方式对重塑黄土残余强度的影响,为黄土滑坡工程评价及治理提供科学依据。[方法]利用环剪仪对泾阳重塑黄土进行环剪试验。[结果]重塑黄土的峰值强度及残余强度均随着有效法向应力的增加而增大。随着有效法向应力的增加,土体达到残余强度所需的剪切位移减小;重塑黄土的变形表现为受剪压缩。单级剪得到的残余强度指标值与多级剪切得到的残余强度指标值的均值相近。[结论]剪切方式建议首选单级剪切。     

重塑非饱和黏性土UU抗剪强度参数与饱和度的关系

土的饱和度是基于水分状态和密度状态的一个衍生变量。存在因应水分状态变化和因应密度状态变化的两类饱和度变化过程。根据23组不同水分状态和密度状态的UU三轴压缩试验结果,讨论了重塑非饱和黏性土抗剪强度参数与饱和度的关系。数据分析表明,黏聚力和与水分状态相关的饱和度的关系是强非线性的,和与密度状态相关的饱和度的关系是准线性的。内摩擦角和与水分状态相关的饱和度的关系是强非线性的,和与密度状态相关的饱和度的关系是弱非线性的。     

草本植物根系增强土壤抗剪切强度的量化研究

通过对黄土高原丘陵沟壑区山西省河曲县砖窑沟流域内4种有代表性的草本植物进行野外剪切测试和模型预测,证实和量化了草本植物根系增强土壤抗剪切强度的作用。试验表明,在0～20cm土层4种草本植物根系均可显著增加土壤抗剪切强度,其中紫花苜蓿根系对土壤抗剪切强度的增强作用最大,其增大土壤抗剪切强度值为15．33kPa;草木樨和紫花苜蓿根系在20～40cm土层也能明显增大土壤抗剪切强度。同时,对比分析了实测结果与模型预测值间的差异,认为根系增大土壤抗剪强度的真实值应介于实测值和预测值之间。研究结果也表明这4种草本植物根系均具有较高的抗拉强度,且根系的抗拉强度与直径间存在显著幂函数负相关关系。这些研究对黄土区预测和评估草本植物根系的固土护坡作用,以及水土保持植物的选择及优化组合,更有效地发挥植物根系生物软措施的固土潜能具有重要现实指导意义。     

竖向压力和剪切速率对小麦直剪强度及剪胀特性的影响

为了得出粮仓设计中粮堆强度和剪胀特性等关键指标,通过直剪试验研究粮堆剪切破坏面上,在竖向压力50~300 k Pa、剪切速率0.78~2.33 mm/min条件下,小麦粮堆单元体的强度和剪胀特性。结果表明:小麦粮堆单元体剪切分为弹性、塑性变形和籽粒压缩3个阶段。小麦粮堆单元体抗剪强度符合莫尔库伦强度准则,剪切速率从0.78 mm/min增大至2.33 mm/min,咬合应力从7.5 k Pa增大至12.9 k Pa,内摩擦角从38.2°变化为35.0°,剪胀角介于5.1°~4.8°之间。弹性阶段发生剪缩,最大剪缩体变小于0.4%;塑性变形阶段发生剪胀,最大剪胀体变大于最大剪缩体变,竖向压力越大最大剪胀体变越小,剪切速率越大随着压力的增大最大剪胀体变的变化越小。研究结果可用于粮仓内粮堆应力、变形的计算,为粮食仓储结构的设计提供依据。     

紫色土埂坎根-土复合体土水特性与抗剪强度

研究根-土复合体土-水特征曲线与抗剪强度的关系,可为紫色土埂坎根-土复合体强化机理的揭示与埂坎稳定性的维持提供科学依据。选取三峡库区典型紫色土坡耕地埂坎草本植物根—土复合体为研究对象,结合Hyprop2土壤水分特征曲线测量仪、滤纸法与直剪试验,拟合土-水特征曲线,揭示基质吸力对根-土复合体抗剪强度的影响。结果表明:(1)根-土复合体土-水特征曲线明显分为边界效应区、过渡区与非饱和残余区,3种常用模型(B-C、VG、F-X)中F-X模型拟合该曲线效果最好,根-土复合体饱和含水率、进气吸力、残余区含水率以及相同体积含水率下的基质吸力均高于素土。(2)随着体积含水率降低,根-土复合体黏聚力先增大后减小,试验范围内黏聚力最大值51.25 kPa出现在体积含水率约23%时,内摩擦角则线性增大。相同体积含水率下,根-土复合体黏聚力较素土最大增加50%,内摩擦角提升不大。(3)基质吸力对根-土复合体抗剪强度的增强作用具有阶段性特征,各阶段临界吸力值与土-水特征曲线一致,过渡区(基质吸力为3~500 kPa)土体抗剪强度提高明显,进入非饱和残余区后(基质吸力>500 kPa)由于黏聚力下降,土体抗剪强度增速减慢,根-土复合体抗剪强度随基质吸力增大而提升的幅度大于素土。通过建立埂坎根-土复合体土-水特征曲线和抗剪强度的关系,可估测实际工况下的埂坎土体抗剪强度,进而为坡耕地埂坎的建设、维护管理以及坡耕地侵蚀阻控提供理论依据。     

红黏土边坡香根草根土复合体的强度特性

[目的]针对植物护坡效应,探究香根草根系的力学特性及其根土复合体强度特征影响因素,为植物护坡工程设计提供参考依据.[方法]利用模型箱模拟红黏土填筑边坡进行香根草种植,利用根系拉拔试验和原状根土复合体直剪试验等室内试验,研究香根草的力学性能及根土复合体强度特征的影响因素.通过对试验结果进行拟合分析及Spearman相关性...     

重塑黄土抗剪强度的环剪试验研究

[目的]研究大应变条件下黄土强度的影响因素及规律,为黄土地区发生滑坡等大变形破坏提供理论依据。[方法]利用环剪仪对重塑黄土进行大剪切位移下的剪切试验,探究不同正应力及剪切方式对不同含水率的重塑黄土其残余强度的影响。[结果]正应力越大,残余强度越大,达到残余强度所需的剪切位移越小;随着含水率的增大,残余黏聚力浮动值不大,残余内摩擦角逐渐减小,并据此拟合出残余内摩擦角与含水率的参考公式;从脆性指数的角度得出所研究的重塑黄土的应变软化都不明显,且脆性指数随着正应力和含水率的增加而降低。[结论]重塑黄土的峰值强度和残余强度受含水率、正应力的影响规律相似,可通过含水率对残余强度进行估算。     

根系及裂隙角度对基材原位剪切特性的影响

[目的]研究岩体裂隙角度对不同植物根系下基材原位剪切特性的影响,旨在为水土保持与生态修复工作提供科学参考.[方法]设置无植物、狗牙根和多花木兰3种条件,对试样养护90 d后,在岩体裂隙与剪切垂直方向为15°,30°,45°,60°,75°和90°下开展基材原位剪切试验.[结果]①狗牙根和多花木兰根—基材复合体的抗剪强度...     

重塑黏土圆锥指数和抗剪强度的关系

为了定量评价轮式车辆在软黏土条件的附着、牵引及通过性能并建立软黏土的圆锥指数与抗剪强度关系,采用非标准普式击实法制备黏土试样,分别通过微型贯入试验与直剪试验得到重塑黏土的圆锥指数与抗剪强度,发现23%含水率是二者变化趋势的分界点,重塑土样的含水率低于该值时其圆锥指数与抗剪强度都随含水率呈二次多项式关系变化,而在高于该临界含水率时二者都随含水率呈线性关系变化。同样,在23%含水率以下圆锥指数与抗剪强度线性相关,而当含水率高于临界点后该线性关系消失。抛开含水率变化的影响,临界含水率以下的重塑样圆锥指数与抗剪强度关系仍然总体呈线性相关关系。     

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。     

Estimation of runoff critical shear stress for soil erosion from soil shear strength

Critical shear stress is an important soil parameter governing detachment by runoff which appears in numerous erosion models. Soil shear strength has been often presented as the best soil property to predict critical shear stress. However, only a few studies have documented the relationship between soil shear strength and critical shear stress, and the results obtained have sometimes seemed contradictory. This is why we have put together all available data about the relationship between critical shear stress and soil shear strength in order to analyse and discuss its significance and its generality. Results showed that contradictions between different studies mainly arise because total shear stress is a poor predictor of detachment on rough soils. When grain shear stress is used rather than total shear stress, a significant relationship between saturated soil shear strength and critical shear stress does exist. Soil shear strength may thus be used to predict critical grain shear stress. However, it is recalled that in general only total shear stress is predicted by erosion models, which makes detachment predictions difficult on rough natural soils.     

集中水流内红壤分离速率与团聚体特征及抗剪强度定量关系

为明确红壤结构特征与抗剪强度对坡面土壤分离能力的影响,选取8种典型红壤为研究对象,通过团聚体稳定性分析,饱和抗剪强度测定,和室内模拟冲刷试验,就各参数间定量关系进行了初步探讨。研究结果表明:团聚体稳定性特征参数As集合了红壤团聚体破碎的主要机制,与不同水流剪切力中红壤分离速率有较好的相关性;红壤饱和抗剪强度(σs)与集中水流内临界水流剪切力(τc)呈较好的线性关系。基于WEPP细沟侵蚀模型,将团聚体稳定性特征参数As代替可蚀性因子Kc,饱和抗剪强度(σs)代替临界水流剪切力(τc),得出新的预测方程。结果显示预测方程能准确的预测坡面集中水流内红壤分离速率(R2=0.887 1)。该结果为深入研究红壤侵蚀机理提供了新思路,对完善侵蚀物理过程模型具有重要的意义。     

SSA土壤固化剂对黄土击实、抗剪及渗透特性的影响

为了探讨土壤固化剂对黄土力学特性的影响,通过黄土样中加入SSA土壤固化剂前后的击实试验、直剪试验和渗透试验的对比分析,研究了固化剂掺量、养护龄期与固化土击实、抗剪强度及渗透特性的关系。结果表明,随SSA土壤固化剂掺量增加,固化土的最优含水率有所降低,最大干密度有所增大;固化土的抗剪强度指标黏聚力和内摩擦角随固化剂掺量的增加和养护龄期的延长而增大,渗透系数随固化剂掺量的增加和养护龄期的延长而减小。在实际应用中,建议SSA固化剂最佳掺量为1%,养护龄期至少7 d以上。     

鄂东南花岗岩崩岗岩土抗剪强度与含水量的关系

崩岗是我国南方特殊的一种土壤侵蚀现象,其形成主要是由于岩土稳定性降低所致;土壤抗剪强度是表征崩岗岩土稳定性的重要指标,而土壤含水量是影响抗剪强度的关键因子.以通城县2处崩岗为研究对象,采集淋溶层(A)、淀积层(B)、过渡层(BC)和母质层(C)原状土样,通过室内直剪试验,研究崩岗岩土不同层次抗剪强度与含水量的关系及变化规律.结果表明:A层抗剪强度随含水量增加呈现先增大后下降趋势,其余各土层抗剪强度整体上随含水量增加呈现而下降,B层抗剪强度较大,C层抗剪强度最小,且B层抗剪强度受含水量影响最大;土壤黏聚力变化幅度较大,A层随含水量增加先增大后减小,其余各层均随含水量增加而减小,B层黏聚力在4个层次中最大,同时其衰减幅度也较大,C层因黏粒质量分数低、缺少胶结物质而黏聚力极低;土壤内摩擦角4个土壤层次均随含水量增加而减小.研究结果可为崩岗侵蚀机理研究以及进一步防治崩岗侵蚀提供理论依据.     

含盐量对亚硫酸盐渍土抗剪强度影响的试验

为探讨含盐量对盐渍土抗剪强度的影响,该研究对采自于青海柴达木盆地大柴旦盐湖地区的盐渍土进行了洗盐试验以获得素土试样;根据该区盐渍土类型及盐渍化程度,在洗盐后土体中分别加入不等量的无水硫酸钠(Na2SO4),以获得不同含盐量的人工配制硫酸盐渍土,并对上述不同含盐量的人工配制硫酸盐渍土开展室内直接剪切试验。试验结果表明,洗盐试验后土体中的易溶盐离子含量及p H值均显著低于洗盐前盐渍土;当土体密度和含水量分别为1.41 g/cm3和25.68%时,洗盐后土体粘聚力c值和内摩擦角φ值分别为14.8 k Pa和26.5°,均高于洗盐前盐渍土的粘聚力值(6.7 k Pa)和内摩擦角值(24.6°);不同含盐量梯度条件下的人工配制硫酸盐渍土的粘聚力和内摩擦角,随土体含盐量增加均表现出先减小后增加的变化特征。当含盐量由0.74%增至5.17%时,人工配制硫酸盐渍土粘聚力c值和内摩擦角φ值均呈逐渐减小的变化规律,当土体含盐量由5.17%增至14.17%时,人工配制硫酸盐渍土粘聚力c值和内摩擦角φ值均表现出增加的变化规律,且当含盐量为5.17%时,其粘聚力c值和内摩擦角φ值分别为8.3 k Pa和26.1°,均为最小值,即该值对应的含盐量值即为人工配制硫酸盐渍土的含盐量阈值。本项研究成果对于进一步探讨含盐量变化对盐渍土抗剪强度影响,及含盐量变化与盐渍土粘聚力和内摩擦角之间的关系等方面具有理论研究价值和实际意义。     

风化煤对晋陕蒙矿区排土场新构土体土壤呼吸的影响

为探讨风化煤添加对晋陕蒙矿区排土场沙黄土及砒砂岩掺混沙黄土等新构土体土壤呼吸特征的影响,该文设置沙黄土、沙黄土+风化煤、沙黄土+风化煤+砒砂岩掺混、沙黄土+砒砂岩掺混的4种新构土体,采用Li-8100土壤呼吸测量系统测定田间土壤呼吸,分析了不同土体重构方式土壤呼吸特征及其与土壤水热因子的相互关系。结果表明：1）风化煤添加后沙黄土+砒砂岩土体与沙黄土土体土壤呼吸速率分别提高了35.2%（P<0.05）和17.1%,沙黄土土壤呼吸日变化为单峰曲线,风化煤添加后日变化呈双峰曲线。2）各土体土壤呼吸与土壤温度均呈极显著的指数函数关系,vant' Huff模型可用来模拟各土体土壤呼吸对土壤温度的响应。3）监测期内土壤含水率整体较高,土壤呼吸与土壤水分具有一定的线性关系,但不显著。土壤呼吸与土壤温度、水分多元线性分析结果也表明,监测期内新构土体土壤呼吸与土壤温度显著相关,与土壤水分相关性不显著,土壤温度可以解释土壤呼吸的大部分变异。综合研究结果表明风化煤促进了新构土体土壤呼吸,提高了碳释放速率,同时也改变了土壤呼吸日变化格局。研究阐明了添加风化煤对矿区新构土体碳通量释放的影响,对评估风化煤添加土体优缺点,估算未来局部碳变化具有积极意义。     

不同护坡草本植物的根系分布特征及其对土壤抗剪强度的影响

为明确用于三峡库区植被构建的边坡植物物种根系特征与土壤抗剪强度之间的关系,该文以裸地为对照,应用WinRHIZO(Pro.2004c)根系分析系统对香根草(Vetiveria zizanioides(Lin.) Nash)、百喜草(Paspalum notatum Flugge)、狗牙根(Cynodon dactylon(L) Pers.)和紫花苜蓿(Medicago sativa L.)4种护坡草本的根系特征进行定量分析.研究发现:香根草的根长密度和根表面积密度显著大于其他草本;各草本类型的根长密度、根表面积密度及根重密度均随着土壤深度的增加递减,但随深度的增加,不同草本类型的差异逐步缩小;不同草本类型土壤内摩擦角φ和粘聚力c大小均为:香根草>百喜草>紫花苜蓿>狗牙根>裸地,且随土层深度的增加而降低;随着根长密度、根表面积密度的增大,土壤内摩擦角φ呈显著的对数增长,土壤粘聚力c呈显著的线性增长,且与直径D≤5 mm不同径级的根系特征之间存在明显的相关性.结果表明:相对于裸地而言,4种草本均能显著增强土壤内摩擦角φ和粘聚力c,且根系对土壤内摩擦角φ的提高程度大于土壤粘聚力c;根长密度和根表面积密度,尤其是直径D≤5 mm径级的根长密度和根表面积密度能很好的表征土壤的抗剪强度,可作为评估土壤抗剪强度的重要参数.