降雨条件下坡积土边坡暂态饱和区形成机理及分布规律

降雨是引起坡积土边坡失稳的最常见外部因素之一。雨水的入渗在引起土体抗剪强度参数降低的同时,还将导致土体重度的增加、基质吸力的降低,最终造成边坡的失稳。开展雨水在边坡内部的渗流过程研究已成为分析边坡在降雨条件下稳定性的前提。基于有限元数值模拟方法,进行了雨水在土体中渗流过程的模拟,着眼于降雨条件下边坡暂态饱和区的形成、分布及消散特征,描述了该过程中边坡内部含水率、基质吸力、水力梯度的变化规律。结果表明：暂态饱和区形成的主要原因是土体中向湿润锋下方渗出的雨水量小于降雨入渗补给量,从而使得土体中的含水率累积升高;暂态饱和区的形成与降雨强度、降雨时间具有十分密切的关系,暂态饱和区形成时间、雨水入渗深度、土体表面体积含水率大小分别与降雨强度存在函数关系;清晰描述了暂态饱和区形成发展消散地下水位升高的全过程,从该过程看,边坡排水措施的设计值得思考。     

基于137Cs示踪法的滇东喀斯特“红裸土”景观形成的侵蚀证据研究

为定量探究“红裸土”景观形成与土壤侵蚀之间的联系,笔者采用¹³⁷Cs示踪法,分析了同一坡度3种不同覆被条件下土壤¹³⁷Cs变化特征。结果表明：该区域的¹³⁷Cs背景值为878.41 Bq/m²;¹³⁷Cs在山原红壤剖面中的分布深度较浅,通常在15 cm以内;经测算,云南松林覆被下的土壤侵蚀速率为1252.34 t/(km²·a),草丛覆被下的土壤侵蚀速率为3069.718 t/(km²·a),“红裸土”中未能测到¹³⁷Cs,土壤侵蚀速率呈现出“红裸土”＞草丛＞松林的侵蚀趋势。山原红壤覆被条件劣化是导致土壤侵蚀速率增大的重要原因,土壤侵蚀是“红裸土”景观形成的重要因素,植被保育是控制“红裸土”景观形成的关键。     

农业灌溉作用下黄土边坡失稳引起耕地流失分析

为了明确在大面积农业灌溉作用下，水分入渗土壤进而渗入下部黄土体，改变临空耕地黄土边坡的稳定性状态，造成边坡失稳引起耕地流失的过程。在统计分析甘肃天水耕地流失面积、农田灌溉面积、地质灾害数量和由地质灾害造成耕地流失比例的基础上，在典型地层剖面上采集原状土壤和黄土试样，进行天然状态和灌溉作用下土体的物理力学性质和抗剪强度试验，采用理正岩土边坡稳定性分析系统，利用基于极限平衡条分法的瑞典法进行边坡稳定性定量分析。结果表明：在天然状态下，该边坡稳定性系数为1.074，处于基本稳定状态；而在灌溉作用下，随着水分入渗深度的增加，稳定性系数逐步降低，最后失稳。因农田灌溉仅使土壤层饱和，对该边坡稳定性影响不大；当灌溉水持续入渗使饱和层土体厚度大于2 m时，该边坡稳定性降低一个等级，处欠稳定状态；当饱和层厚度大于10 m时，该边坡失稳，发生滑坡，造成耕地流失。     

太行山低山丘陵区不同土地利用条件下土壤容重空间变化特征

通过对太行山低山丘陵区人工立体石榴林工程的调查,结果表明：不同土地利用类型土壤容重值大小依次为：坡谷石榴地（1.16 g/cm3）﹤中坡石榴地（1.27 g/cm3）﹤坡谷台田（1.30 g/cm3）﹤中坡草地（1.32 g/cm3）;中坡位土壤容重值大于坡谷;耕作层（0～20㎝）土壤容重在台田和草地之间以及石榴地之间没有明显差异,坡谷石榴地的土壤容重值最低（1.32 g/cm3 ）,中坡草地的土壤容重最高（1.56 g/cm3）,深层土壤（40～60㎝）的土壤容重在相同坡位没有明显差异。土壤容重随着采样深度增加的总趋势,但坡谷台田和中坡草地土壤容重在10～20㎝土层最低;统计表明0～5cm、10～20cm土壤容重属于中等变异性,其余土层土壤容重属于弱变异性。本文从土地利用类型和坡位来分析土壤容重空间变化特征,对于其它影响因子的影响有待于进一步的研究。     

坡面尺度土地利用空间配置的产沙效应——以陕北黄土丘陵沟壑区为例

为了研究黄土丘陵沟壑区缓坡地土地利用与水土流失的作用机理,选取中科院安塞水土保持综合试验站9个缓坡试验小区为研究对象,分析了2009—2011年不同土地利用配置方式(谷子地、柳枝稷地、撂荒地、2/3谷子-1/3柳枝稷地、2/3谷子-1/3撂荒地)的侵蚀产沙特征及其与降雨、植被覆盖度的关系以及减沙效益。结果表明:缓坡不同土地利用配置方式的次降雨产沙量大小为谷子地>2/3谷子-1/3柳枝稷地>2/3谷子-1/3撂荒地>柳枝稷地>撂荒地,与短历时高强度降雨关系密切;7月可能是泥沙量产生的敏感时期;短历时高强度暴雨往往是年产沙量变化的主要原因;与谷子地相比,柳枝稷地、撂荒地、2/3谷子-1/3柳枝稷地、2/3谷子-1/3撂荒地均表现出不同程度的减沙效应,减沙效应大小为:撂荒地>柳枝稷地>2/3谷子-1/3撂荒地>2/3谷子-1/3柳枝稷地;植被覆盖度的提高能有效地减少产沙量。研究结果可以为缓坡土地利用对水土流失的影响评价提供一定的参考依据。     

坡地土壤酶流失规律初探

采用人工室内降雨方法就河北内邱县岗底坡地褐土酶活性流失规律进行了初步探讨。结果表明:流失泥沙中单位土体酶活性随坡度增大而减小,除脲酶外流失泥沙均高于土壤中酶活性,有明显富集,呈现出高肥力土壤高流失,低肥力土壤低流失的基本规律;土壤酶流失总量与坡度呈指数变化关系,符合MC=atb预测模型;流失四种酶(过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、磷酸酶)之间呈显著正相关,水土流失引起酶总体的损失;土壤酶和养分流失之间呈现出一定的相关关系,土壤蔗糖酶和磷酸酶活性可作为土壤侵蚀度的分级指标。     

Dynamic Influence of Sustained Small Rainfall Infiltration on Stability of Unsaturated Soil Slope

Taking the moisture content as main control parameter of shear strength of the soil, we analyze the variational properties of moisture content and shear strength with the change of rainfall time during the small sustained rainfall infiltration, and establish the relationships between total cohesion as well as effective angle of friction and the time of sustained small rainfall infiltration into an unsaturated slope. With the rainfall infiltration, the influence area of slope expands. Through the strength reduction method based on FLAC3D, the dynamic safety factor of slope in different time and the duration time before the failure of the slope are obtained. The results show that the slope critical sliding surface is yet unsaturated during a sustained small rainfall.     

Mechanical Analysis of Herbaceous Plant Strengthening Slope

Since there are the root systems of herbaceous plant in the shallow layer of soil masses of slope, the shallow layer of slope becomes a compound materials made of soil masses and root system.Owing to friction action and tensile resistance action of roots, the shear strength of soil layer with root system is increased.And a comprehensive mechanical analysis of how herbaceous plants strengthen slope was carried out.Not only a mechanical model of interaction between root and soil, but also a quantitative calculation of increase of shear strength and stability coefficient of slope was put forward.As a result, the theoretical basis of herbaceous plant ecological slope protection was provided.     

降雨入渗对宁南山区黄土梯田边坡稳定性的影响

为了研究降雨入渗对宁南山区黄土梯田边坡稳定性的影响。采用ABAQUS软件建立降雨入渗下的宁南山区黄土梯田边坡稳定性有限元模型,研究了水平梯田、隔坡梯田、原始边坡（对照）3种边坡类型,在降雨入渗强度(28~38 mm/h)和边坡坡度(15°—30°)下的破坏时间和安全系数的变化规律。结果表明:降雨入渗下,黄土梯田边坡的破坏时间随降雨入渗强度的增大而减小,且呈幂函数关系,水平梯田的破坏时间显著高于隔坡梯田和原始边坡;安全系数也随降雨入渗强度的增大而减小,但呈线性关系,水平梯田的安全系数与隔坡梯田和原始边坡并无显著差异。降雨条件下,修筑梯田能增加浅层梯田边坡的稳定性,而对于深层梯田边坡的稳定性影响不大。     

北京松山自然保护区天然油松林土壤养分与坡位关系的研究

为了阐明坡位对天然油松林地土壤养分状况的影响,并为华北地区天然油松林地的抚育管理提供科学依据,以北京市松山自然保护区内的健康天然油松林地的土壤为研究对象,对样地内上、中、下3个坡位的土壤主要养分含量进行分析测定,探讨林地内土壤主要养分含量与坡位的关系。结果表明：（1）土壤养分主要在下坡位汇集,各坡位油松林土壤全氮含量和速效钾含量：上坡位>中坡位,而有效磷含量为：中坡位>上坡位。（2）各养分元素主要集中于土壤表层,基本随土层深度的加深而降低;土壤全氮和有效磷含量分别在下坡位和中坡位出现了随土层深度加深而先降低后升高的趋势;（3）土壤速效钾含量在0~20 cm土层深度表现为中坡位出现最低值,而在20~60 cm土层深度表现为中坡位出现最高值。     

沂河流域土壤侵蚀分布特征研究

为探索沂河流域土壤侵蚀的强度和规律,利用ArcGIS的空间分析与统计分析功能,从高程、坡度、土壤类型、土地利用4个方面,对沂河流域土壤侵蚀的空间分布特征进行研究。结果表明：（1）流域土壤侵蚀总体以中度侵蚀为主,存在较为明显的区域差异;（2）侵蚀主要发生在600 m以下区域,其中高程位于200~400 m之间的区域侵蚀面积最大;（3）5°以下以及8°~15°坡度级土壤侵蚀面积较大,土壤侵蚀随坡度的增加总体都呈现出先增强后减弱的趋势;（4）土壤总面积越大,侵蚀面积也越大。石质土、粗骨土的土壤侵蚀率较高,潮土和砂姜黑土的土壤侵蚀率较低;（5）耕地、草地和林地侵蚀面积最大,林地、草地、未利用地土壤侵蚀率较大,水域土壤侵蚀率最小。     

Seismic Behavior of a Slope Protected by a Soil Nailing Retaining Wall during an Earthquake

The dynamic elastic plastic finite element method was used to study the seismic performance of a slope protected by a soil nailing retaining wall. On the basis of working in parallel and interaction between loess and a flexible retaining wall, a 3 D nonlinear finite element method (ADINA) also was established. Rational earthquake excitation and damping were discussed for geological engineering. Horizontal and vertical excitations were considered simultaneously in the analyses. A model capable of simulating the nonlinear static and dynamic elastic plastic behavior of soil was used to model the soil, and a bilinear elastic plastic model having hardening behavior was used to model the soil nailing. A friction element was employed to describe the soil structure interaction behavior. Our research focused on the seismic performance of the horizontal and vertical slope deformation, soil nailing axial force, and earth pressure subjected to horizontal and vertical excitations. The results show that the seismic performance of slope protected by soil nailing is good; soil nailing axial force increases after an earthquake; permanent slope displacement occurs during an earthquake; and the peak earth pressure distribution during an earthquake is similar to the earth pressure before the earthquake. These conclusions can provide references for seismic analyses and design in soil nailing engineering.     

玉米与草地雀麦种植对坡地水土流失的影响

试验在自然降雨条件下,在15°坡地设置作物与牧草径流试验小区,以裸地为对照,在每次降雨之后用全深剖面采样器取样,测量其径流量和土壤侵蚀量,定期测定玉米和草地雀麦的生物学特性,研究玉米与草地雀麦生物学特性变化及其坡地水土流失防治效果的差异,探索植物种植对坡地水土流失的主要影响因素,结果表明:种植玉米与草地雀麦,对坡地水土流失均有一定防治作用,但是,与玉米相比,草地雀麦的叶面积指数和覆盖度可在雨季前达到较高水平,有利于早期坡地水土流失防治。同时,草地雀麦0~10 cm土层根系发达,地下生物量是玉米的2.88倍,可以显著提高自然降水的土壤入渗率,减少地表径流,使坡地年径流量与土壤侵蚀模数减少98.2%和99.9%,保水、固土能力是玉米种植的5.2倍和1.5倍,水土流失防治效果显著。     

黄前流域土壤侵蚀特征及其与环境影响因子关系

以黄前流域为研究对象,以减少水土流失为目的,运用3S软件和水土保持相关理论,通过对2008年ALOS影像解译,研究黄前流域内土地利用、坡度、高程和植被盖度因子对土壤侵蚀的影响。结果表明：流域内土壤侵蚀强度类型以轻度侵蚀和中度侵蚀为主;侵蚀主要发生在坡度为5°~35°、高程200~800 m、植被盖度45%~75%的林地和园地。水土流失区域主要发生在人类活动剧烈的园地,说明人类活动对流域的土壤侵蚀有很大的影响。     

基于RS/GIS的中尺度地区退耕变化及其坡度分异研究

应用遥感和地理信息系统相结合的办法,提取了黄土高原中尺度地区（延安示范区）2000—2003年间各土地利用数字图,进行动态监测,并与坡度图结合,对其土地利用及退耕合理性进行分析。结果表明,3a前后,坡耕地、疏林地、造林地、草地类间发生了用地调整。坡耕地面积大幅度减少,减少幅度为35.9%;园地增加比重达28.1%;造林地面积增大到了3a前的2.03倍;研究区生态环境质量得到改善。研究区坡度分异表明,沟沿线上以8~15°、15~25°的缓坡和稍陡坡地居多,沟沿线下以>35°的陡沟坡和<3°的平地比例居多。2003年的各利用类型中,70.73%的基本农田面积<15°,63.61%的园地集中在<25°,78.18%的乔灌林地分布在>25°,草地则集中在>25°的陡坡地,比重达75.49%,在地形上的分异比较合理。但是2000年坡耕地仍有64%未退耕,32.75%的面积大于侵蚀临界角25°,形成水土流失隐患。依据地形自然分异判定其合理性,加强科学规划和科技支撑是未来退耕中必需要解决的首要关键问题。     

稻草编织物覆盖对坡耕地水土流失及玉米产量的影响

为了研究稻草编织物覆盖在坡耕地水土流失控制上的作用,笔者于2008-2010年在雨季对不同覆盖方式下径流小区径流量、侵蚀量进行监测,以及对玉米整个生长期内各种生物性状及产量进行测定。结果表明：雨强越大,径流量越大,侵蚀量也越大;稻草编织物覆盖能有效地减少水土流失,稻草编织物覆盖的小区年均径流量为295.98 m3/hm2,侵蚀量为3.95 t/hm2,分别比无覆盖小区减少64.11%、94.01%;在中强度降雨下,稻草编织物覆盖对坡耕地蓄水保土的作用更为显著;稻草编织物覆盖对玉米生长有增产效应,2010年覆盖种植玉米理论产量为11.14 t/hm2,实际产量为10.42 t/hm2,比无覆盖种植分别增产47.5%、45.7%。说明坡耕地玉米稻草编织物覆盖能有效减轻水土流失、促进玉米生长发育,增加玉米产量的有效措施。     

不同下垫面条件下土壤养分流失研究概况

中国的土壤侵蚀十分严重,而随着土壤侵蚀的发生发展将导致土壤养分流失、土壤贫瘠、土地生产力降低等多种问题。影响土壤侵蚀和土壤养分流失的主要因素包括降雨、下垫面条件和人为因素。通过总结多年来对不同下垫面条件下土壤养分流失情况的研究结果,分析下垫面条件中地表植被、坡度、坡长、土壤含水量、土壤颗粒等因素对土壤养分流失的影响,总结目前正在试验或用于实践的各种用于控制或者减少土壤养分流失状况的措施,以期对下一步的研究工作提供参考。     

面向刚度曲线的汽车前保险杠缓冲块优化设计

以掺天然砂砾改良的红粘土为研究对象,采用室内承载板法测定回弹模量,通过不同初始干密度下的回弹模量试验,深入研究了天然砂砾改良红粘土的回弹模量随初始干密度的变化规律,建立了不同初始干密度下回弹模量的预估模型。试验结果表明:在同一天然砂砾掺量下,随着初始干密度的提高,红粘土的回弹模量逐渐增大。当初始干密度由低向最大干密度增大时,回弹模量增长速度较快,当初始干密度超过最大干密度继续增大时,回弹模量增长速度变缓;在同一初始干密度下,当天然砂砾掺量从0增至30%时,回弹模量的增长幅度较小,当天然砂砾掺量超过30%而继续增长时,回弹模量增长幅度较大;初始干密度由1.6 g·cm^-3增长至2.0 g·cm^-3时,回弹模量增长值随天然砂砾掺量的增加而逐渐增大。分别建立了回弹模量随初始干密度及天然砂砾掺量变化的预估模型,通过补充试验,验证了预估模型的准确性。     

不同倍性冬小麦根系生长对水分和密度的响应

为探讨不同倍性冬小麦根系生长对水分和密度的响应,利用3个倍性小麦材料（二倍体栽培一粒、四倍体栽培二粒、六倍体现代品种‘长武134’）通过在不同水分条件下进行密度试验,研究其拔节期和开花期的根系生长和水分消耗特征,结果表明,在拔节期密度的增加显著提高了小麦根系干物质累积量和根长总量,而竞争加剧使得高密度处理的根量优势到花期显著减弱;拔节期四倍体和六倍体的根重和根长均表现出高于二倍体的趋势,花期各倍性材料之间的根重无显著差异,但是高倍性材料仍保持显著的根长优势;干旱和高密度处理均减少了花期根系在表层的分布,增加了深层根系的分布量,利于深层水分的利用。最终得到结论,六倍体现代小麦根系在不同生育期的根系干物质分配更利于产量增长,而在水分亏缺地区构建合理的群体有益于根系下扎,从而促进土壤深层水分的利用,并提升产量。     

宁南黄土丘陵区不同生态恢复与重建中的土壤水分变化研究

针对宁南黄土丘陵区存在的生态脆弱、环境恶化的突出问题,对黄土丘陵区不同生态恢复过程中的土壤水分变化进行了研究。研究结果表明：在退化山地的植被恢复过程中, 0~60cm土层,土壤水分含量随恢复年限的增长而增加,在60cm土层以下,土壤含水量随着退耕年限的不断增长不断减小;对于不同恢复方式的土壤水分含量,88542水平沟>人工草地>鱼鳞坑>天然草地;对于不同植被类型的土壤水分含量,草地>灌木地>林地;对于不同地形的土壤水分含量,阴坡>半阴坡>阳坡,坡下部>坡中部>坡上部,并且随着坡度的不断增加,土壤水分含量不断减小。