变性土的形态发生: 模型研究

Studies on Vertisols of Southwest China show that the distribution of organic matter, mechanical composition, carbonates and spore-pollen in their profiles exhibits a definite differentiation and the radiocarbon age has a functional variation with soil depth, which suggests that pedoturbation model is a kind of incomplete model for genetic study and that the disturbance and inversion of solums of Vertisol are not as rapid and absolute as expected. In further consideration of the characters of swelling pressure and shear strength of Vertisol, vertic soil and other zonal soils, it is speculated that soil mechanics model is more adaptable for interpreting the morphogenesis of Vertisols without any contradiction with soil properties.     

非饱和土双应力变量广义土水特征曲线模型验证

利用基于轴平移技术的Geo-Expert高级型应力相关土-水特征曲线压力板仪研究不同覆土压力(0、40、100、200 k Pa)对南阳膨胀土土水特征曲线(soil-water characteristic curve,SWCC)的影响;并对提出的考虑土体变形及多孔隙分布形态的双应力变量广义SWCC表征方程进行如下试验验证:1)不同覆土压力下微多孔隙分布形态的南阳膨胀土侧限固结试验及脱湿试验SWCC验证;2)零净法向应力状态双孔隙尺度硅藻土双峰SWCC试验验证;3)不同净围压状态下单孔隙尺度韩国残积土SWCC试验验证;4)多应力路径下法国Bapaume黄土,不同初始干密度下日本Edosaki砂土在脱湿-吸湿过程SWCC试验验证;并比较分析新方程与van Genuchten方程及Fredlund等方程的差异性。结果表明:1)覆土压力会显著改变膨胀土结构及孔隙通道,进而改变SWCC边界效应区、过渡区形态;也改变了双重孔隙尺度土壤的进气值;第1个波峰SWCC进气值均在1 k Pa左右;相比于零覆土压力试样,40、100、200 k Pa覆土压力试样第2个波峰SWCC进气值分别高4.74、17.58、67.23 k Pa;2)未考虑净法向应力影响的单应力状态多峰SWCC、考虑侧限双应力状态多峰SWCC、各向同性净法向应力单峰SWCC、不同脱湿-吸湿路径SWCC及不同初始干密度的SWCC试验拟合曲线均表明,双应力广义SWCC具有包容复杂影响因素的能力;3)新方程能够利用至少3个土-水数据即可拟合出具有较高的精度的整条SWCC。研究为定量描述土壤的持水、渗透及强度特性提供参考。     

基于土-水特征曲线的植物边坡抗剪强度研究

土-水特征曲线通常用于估计非饱和土壤的抗剪强度,但是由于植物根系的吸水作用和加筋效应,使得植物边坡的抗剪强度不能直接利用基于基质吸力的非饱和土抗剪强度计算公式进行计算.以裸露边坡和植被边坡为研究对象,采用张力计现场测试和室内剪切试验相结合的方法,拟合水土特征曲线关系.结果表明:(1)植物根系的植入有效地提高了边坡土体的...     

基于河道淤泥气泡混合土微观构造特征的发泡剂适用性研究

[目的]研究发泡剂种类及气泡生成方式对河道淤泥气泡混合土(FMLSS)的适用性,为环境保护和河道淤泥的资源化利用提供支持。[方法]从微观和宏观角度对不同FMLSS进行考察,对比微观构造特征的差异性,以及不同微观构造特征对各类河道淤泥气泡混合土物理力学性能的影响。[结果](1)不同类型FMLSS微观构造差异性受气泡掺量影响显著,受水泥掺量影响相对较小。(2)同等气泡掺量下,双氧水(H型)消泡严重,且制备的FMLSS内部含有少量大气孔且分布不均匀。同等密度下,大气孔含量更多,制成的FMLSS质量较差。(3)复合类发泡剂F(F型)和阴离子型发泡剂K12A(K型)在料浆中稳定性较好,制成的FMLSS微孔分布均匀性较好,但F型发泡剂成孔尺度较小且分布均匀,表现出良好的强度变形特性。[结论]先发泡工艺优于后发泡工艺,F型发泡剂在工程制备河道淤泥气泡混合土时适用性较好。     

花岗岩风化土物理特征曲线间的相关性研究

花岗岩风化壳水分及收缩特性的研究是花岗岩土体稳定性评价及侵蚀机理研究的基础。通过Van Genuchten(VG)模型对不同风化程度的花岗岩土壤的颗粒累积分布、土水特征曲线和收缩特征曲线进行拟合,分析曲线拟合参数间以及这些参数与基本物理性质间的线性及非线性相关关系。结果表明:VG模型可以很好地用于不同风化程度花岗岩风化土的颗粒组成、土水特征与收缩特征的拟合与预测;曲线拟合参数间具有一定的线性相关关系;曲线拟合参数与基本物理性质间具有一定的线性相关关系,其中土水特征曲线参数与土壤质地以及容重线性相关性较高,收缩特征曲线物理参数与基本物理性质间的线性相关性较收缩特征曲线其他参数高。此外,曲线拟合参数间以及这些参数与基本物理性质间具有一定的非线性相关关系,而关系多为二次、三次非线性相关。根据花岗岩风化土颗粒组成状况及其基本物理性质对其水分特征曲线及收缩特征曲线进行预测具有一定的可行性。     

根据颗粒大小分布估计土壤水分特征曲线:分形模型的应用

根据UNSODA数据库和文献中的 1 1种质地共 5 5 4个样品的颗粒大小分析和水分特征曲线资料 ,对Tyler Wheatcraft、Brooks Corey和Rieu Sposito三种分形模型在预测土壤水分特征曲线中的适用性进行了研究。结果表明 ,Brooks Corey形式的分形模型预测精度高于其它两种模型。同时本文还指出了这三种模型适用的土壤质地范围 ,即Brooks Corey模型对于中、粗质地的土壤预测效果好于另外两种模型 ,Rieu Sposito分形模型则适用于细质地土壤 ,Tyler Wheatcraft模型的预测误差界于二者之间 ,也适用于中、粗质地的土壤。     

不同耕作年限水稻土土壤颗粒的体积分形特征研究

应用基于土壤颗粒体积分布确定土壤颗粒大小分布分形维数的方法,对浙江慈溪耕作年限分别为50、100、500、700、1000和2000年的水稻土土壤颗粒体积分形特征进行了研究.结果表明:同基于土壤颗粒质量分布的分形维数相比,基于土壤颗粒体积分布的分形维数计算不需要密度假设,更具有合理性.不同年限水稻土的土壤颗粒大小分布能被体积分形模型显著拟合(p＜0.01).土壤颗粒体积分形维数与黏粒的体积百分含量之间呈显著正相关(p＜0.01),与粉粒和砂粒的体积百分含量之间呈显著负相关(p＜0.01),其中与黏粒含量关系最为密切.耕作年限对水稻土土壤颗粒的体积分形维数和分形模型的拟合度均有一定影响.与50 ～ 500年水稻土相比,700 ～ 2000年水稻土剖面中土壤颗粒体积分形维数的变异性和均值较高,但其拟合决定系数则较低;耕作年限会对水稻土剖面中黏粒的含量和分布产生影响,进而影响到剖面土壤的颗粒体积分形特征;对于同一质地类型的土壤,耕作年限越长,分形维数越高.     

基于Menger海绵模型的煤矸石粉改良膨胀土微结构特征

为解决膨胀土对工程结构以及农业生态环境的危害,进行煤矸石粉改良膨胀土的试验研究。对煤矸石粉掺量为0、3%、6%、9%的膨胀土土样进行压汞试验,测得微观孔隙特征值;选取Menger海绵模型建立孔隙分形模型,计算土体孔隙分形维数,探究土体孔隙分形维数与孔隙特征参数以及煤矸石粉掺量变化的关系。结果表明:随着煤矸石粉掺量增加,土中大孔隙所占的含量较素膨胀土减少61.5%,孔隙类型从团粒间孔隙转化为颗粒间孔隙;煤矸石粉的掺入改变了土体的孔隙结构特征,煤矸石粉与膨胀土发生胶结反应,孔隙连通性降低,使得总孔隙体积、孔隙率、孔隙平均孔径、孔隙临界孔径等孔隙特征参数呈减小趋势;基于分形理论分析孔隙分形维数,分形维数随煤矸石粉掺量的增加而增加,且与孔隙特征参数呈显著相关性。孔隙分形维数反应了孔隙特征参数以及孔隙发育程度,为土的孔隙表征提供方法借鉴。     

估计太湖地区水稻土水分特征曲线的物理-经验方法研究

为寻求适于太湖地区水稻土水分特征曲线估算的简便方法,本文以实测土壤基本性质和土壤水分特征曲线为基础,对13种物理-经验方法估计土壤水分特征曲线的效果进行综合评价。结果表明,基于形状相似性的物理-经验方法预测效果要优于多数分形方法,但均差于基于Kravchenko-Zhang分维方法和B rooks-Corey水分特征曲线方程的孔隙表面分形模型(简称KZBC模型)。物理-经验方法在不同压力水头段对含水量的预测精度有差异,在实际工作中不仅要考虑模型的适用性,还要考虑其适用的压力水头范围。KZBC模型估计土壤水分特征曲线精度最高,实用性也较强,是适用于本研究区水分特征曲线估计的最佳方法。     

基于ANN的复垦土壤水分特征曲线的预测研究

为能较容易且更准确地获取复垦土壤水分特征曲线,将易测定的土壤特性如土壤质地、容重和饱和含水量作为输入变量,采用基于bagging算法的神经网络法建立了用于预测土壤水分特征曲线的土壤转换函数法(PTFs)模型,并对徐州矿区复垦土壤的水分特征曲线进行了预测,同时与普通BP算法预测精度进行了比较.研究结果表明所建立的PTFs参数模型具有较高的估计精度,bagging算法均方根预测误差比普通BP算法减少了7.5%～27.0%,说明该模型的建立与求解为复垦土壤水分特征曲线的预测研究提供了一条新途径.     

黄土高原淤地坝坝地淤积物两个重要物理特性指标研究

淤地坝淤积过程机理的研究是个薄弱环节,坝地淤积物的主要物理特性指标的研究能为淤积过程机理的研究提供重要依据。在调查典型淤地坝挖取剖面采集土样的基础上,通过室外试验与室内分析计算相结合的方法,研究了坝地各层淤积物的干容重和粒径级配两个物理特性。结果表明：淤积程度相似（淤积年限相近．淤积层数相当）,淤积物的干容重的变化规律类似;对于同一座坝,淤积层厚度相近的各个淤积层,其干容重从上到下有增大的趋势;坝地各层淤积物的粒径主要集中在0．025～0．1mm之间。该结果可为进一步求解淤积沙量,建立各淤积层淤积量与次侵蚀性降雨的相关关系提供重要参数。     

躺滴法测量干湿循环条件下土壤固-液接触角的滞后特性

接触角滞后是使土壤的土水特征曲线产生滞后现象的主要因素之一,而土水特征曲线的滞后特性是土壤干湿循环的显著特征。该文采用混合制样法制备不同接触角的土样,通过躺滴法对干湿循环过程中土体的固-液接触角随时间的变化关系进行测量,结果表明:随着土样表面固滴的蒸发,其固-液接触角是不断减小的,且初始接触角越大,固滴完全蒸发所用的时间越长,黏土接触角随时间变化关系曲线呈线性,而砂土的则表现出一定的非线性。不论土体的初始接触角多大,临近固滴蒸发结束,接触角都会变为0,且整个蒸发过程中固-液-气三相接触线不发生移动,固-液接触面积保持不变。试验结果证实了土壤脱湿过程把固-液接触角假设为0是合理的,并且可以断定接触角滞后特性也可能是非饱和土土水特征曲线在反复干湿循环下滞回圈不断减小的原因之一。     

生物炭施用量对土壤改良及烤烟生长的影响

为了改良土壤容重,筛选优化生物炭施用量,以湖南烟区主要栽培品种云烟87为试验材料,通过大田试验研究3种不同的生物炭用量对田间土壤改良及烤烟生长的影响。结果表明,施用生物炭能够显著降低土壤容重,提高田间持水量,土壤容重与施炭量呈负相关,田间持水量与施炭量呈正相关。生物炭用量在3 750kg·hm~(-2)水平下,烤烟的植物学性状优良,干物质积累量大,烟株根系发达,根冠比协调,且氮肥利用率显著提高,但随着施炭量继续升高,烤烟的生长发育又相对受到抑制。综上所述,生物炭施用量为3 750kg·hm~(-2)较为适宜。本研究结果对利用生物炭改良植烟土壤,促进优质烟叶生产有一定的理论指导意义。     

粉碎秸秆类生物质原料物理特性试验

为分析秸秆类生物质原料的物理特性,该文选取自然晾晒后(全水分8%左右)的6种不同地区玉米秸秆和5种不同种类秸秆,细粉(粒度0～10mm)后进行物理特性研究。结果表明,粉碎秸秆的自然和振实堆积密度范围分别在37.43～140和48.40～200kg/m3之间,静态和动态堆积角分别在44°～51°和17°～31°之间,与金属、橡胶材料的最大静摩擦系数分别在0.45～0.55和0.51～0.62之间,内摩擦系数在0.53～0.73之间。不同地区玉米秸秆和不同种类秸秆的堆积密度和堆积角均不同,秸秆品种和原料的均匀度对堆积密度有影响,不同种类秸秆堆积密度差异较大。原料的全水分越高,堆积角越大。摩擦特性和流动特性无明显差异。这说明在秸秆原料的压缩、输送、储存等相关装备及工艺路线的设计中,应充分考虑不同地区、不同种类的秸秆原料堆积特性的差异性。该研究为秸秆类生物质原料的利用提供基础数据支撑。     

麦前深松对夏玉米土壤物理性状和生长特性的影响

为探明华北地区深松耕作方式对夏玉米生育期土壤物理性状和水分利用效率的影响,在河南省新乡采用冬小麦播前深松耕作(PS)、传统旋耕(CK)2种耕作方式,对夏玉米各生育期间的土壤粒径组成、容重、土壤紧实度、夏玉米生长发育指标及水分利用效率等进行了研究。结果表明:PS处理下土壤粒径组成无明显变化,全生育期PS较CK处理0—40cm土层土壤容重降低0.63%~3.85%,孔隙度提高0.27%~3.67%;拔节期PS较CK处理20—30,30—40cm土层土壤紧实度显著降低37.76%,22.26%;全生育期PS处理的土壤含水率、夏玉米株高、叶面积指数、干物质积累量均高于CK,产量提高了9.50%,穗长和穗粒重提高了4.18%和6.50%(p0.05),水分利用效率提高5.08%,节水增产效果显著。     

龙须草对土壤理化性状的影响研究

通过定位试验方法,从定量的角度研究与探讨种植龙须草对土壤理化性状的影响。研究结果表明,龙须草能降低土壤容重,提高土壤总孔隙度、非毛管孔隙度和毛管孔隙度,适当增加土壤中粘粒、粉粒含量、减少砂粒含量,改善土壤通气透水性能,提高土壤肥力,改善土壤化学性状,从而达到改良土壤耕性的效果。     

淮北平原砂姜黑土玉米产量与土壤性质的区域分析

以淮北平原作为调查区域,对砂姜黑土区48个样点的玉米产量及0～20 cm耕层土壤性质进行了分析.结果表明:在涡阳县东、西部,蒙城县南部和怀远县北部,玉米产量多在8.7 t/hm2以上,土壤容重较小;而在蒙城县北部,玉米产量多在7t/hm2以下,土壤容重最大,平均达到1.6 g/cm3以上.涡阳县土壤有机碳含量最高,平均...