膨胀土强度特性的试验研究

【目的】研究膨胀潜势、含水率对膨胀土抗剪强度的影响,为膨胀土强度理论研究及其工程应用提供参考。【方法】采用固结不排水试验方法,通过TFB-1型非饱和土应力应变控制式三轴仪,分别测定取自陕西汉中、安康的2种膨胀土样及2种土样1∶1(质量比)混合土(简称汉中土、安康土、混合土)3种不同膨胀潜势的膨胀土在不同含水率下的抗剪强度指标,应用Microsoft Excel软件,绘制3种膨胀土的抗剪强度指标与含水率、自由膨胀率的关系曲线,探讨膨胀土抗剪强度与含水率、膨胀潜势的关系及变化趋势。【结果】3种膨胀土的含水率与非饱和膨胀土的抗剪强度指标呈负相关关系,当含水率由12%增大到24%时,汉中土、混合土、安康土3种膨胀土的黏聚力分别降低56.83,53.74和61.61kPa,三者的内摩擦角分别降低7.87°,9.12°和9.58°;3种膨胀土的膨胀潜势与非饱和膨胀土的抗剪强度指标呈正相关关系,汉中土、混合土、安康土的膨胀潜势依次减弱,当三者分别处于同一含水率(12%,15%,18%,21%和24%)时,汉中土、混合土、安康土的抗剪强度指标依次减小。【结论】非饱和膨胀土的抗剪强度与含水率、膨胀潜势密切相关。     

大坝防渗土样物理化学性质及分散性研究

【目的】了解某大坝防渗心墙土料产生分散性的原因。【方法】对6组土样的物理化学性质进行了测定,并采用双比重计法、针孔试验、碎块试验、孔隙水可溶盐试验和交换性钠百分比试验5项室内判别试验,分别对6组土样的分散性进行鉴定。【结果】6组土样均为低液限粘土,粘粒(<0.005 mm)含量为120~275 g/kg,pH值较高,为8.29~9.07,属强碱性土;6组土样易溶盐含量为0.234~0.523 g/kg,中溶盐含量为0.33~0.66 g/kg,难溶盐含量为11.41~148.79 g/kg;6组土样中粘土矿物的主要成分均是伊利石,其含量为130~220 g/kg,全土中蒙脱石含量较少(43~87 g/kg)。经5项室内判别试验综合判定,2号和4号土样均为过渡性土,其他4组土样均为分散性土。【结论】土样粘粒(<0.005 mm)含量低、pH值高及土样中含有一定量的钠离子,是土样产生分散性的主要原因。     

青海湖沙区风沙土土壤机械组成特征

【目的】掌握青海湖沙区土壤颗粒物组成特征,为防治措施生态效益的定量评价提供依据.【方法】选择青海湖沙区的典型样区,通过野外调查、采样及室内实验分析,对青海湖沙区风沙土的颗粒组成特征进行研究.【结果】青海湖沙区示范区的草方格设置从2008年才开始,属固沙的初步阶段,颗粒较粗,颗粒组成与流动沙丘相似,颗粒组成以较粗的颗粒为主.海晏县克土为早期治理区,各样点均以粒径0.25~0.5mm的中沙颗粒为主,栽植青杨和沙棘的草方格中的粗沙含量较植被覆盖较高的早期治理区高,粉沙和极细沙几乎为零.湖东-种羊场草方格中的风沙土颗粒组成以0.1~0.25mm的细沙为主,0.25~0.5mm的次之,其他粒径的颗粒含量均非常少.沙岛治理区中风沙土颗粒以中沙和细沙为主,其他粒径的颗粒含量均较少.流动沙丘的中沙和粗沙含量较高.示范区的草方格与流动沙丘颗粒组成均表现为以中沙和细沙为主.【结论】沙漠化治理年限较长的区域,植被覆盖较好,风沙土颗粒较细.     

侧限条件下膨胀土增湿变形计算模式研究

【目的】研究膨胀土在增湿过程中的膨胀变形规律,提出膨胀土在侧限条件下的增湿变形计算模式。【方法】以采自安康的膨胀土为试样,在压缩仪上对不同初始干密度的试样分别进行无荷载分级浸水试验、无荷载分级浸水变形稳定后的压缩试验、有荷载分级浸水及一次性浸水变形试验,测定膨胀土在浸水过程中的变形情况,分析总结其变形规律,提出其增湿变形计算模式,并对提出的计算模式进行验证。【结果】无荷载作用下的分级浸水试验中,各试样的膨胀率均随着含水率的增加而增大;浸水变形稳定后对其进行压缩试验,各试样膨胀率随着垂直压力的增大而减小。试样在有荷载分级浸水试验中,在较大压力下,膨胀率随着含水率的增大先稍有增加,后又减小而表现为压缩变形;在压力较小时,试样的膨胀率基本上是随着含水率的增加而增大;在含水率增加到饱和状态时,膨胀变形趋于稳定。有荷载一次性浸水变形试验中,试样所受压力越小,膨胀率越大;初始干密度越大,膨胀率也越大。提出了如下增湿变形计算模式:无荷载作用下不同初始干密度膨胀土在分级浸水过程中,膨胀率随含水率增加的变化符合双曲线规律;浸水变形稳定后进行压缩试验,试样膨胀率与压力的关系呈双曲线规律。有荷载作用下膨胀土分级浸水试验中,试样含水率的累积增加量与膨胀率的变化规律基本符合二次曲线关系;试样在压缩稳定后一次性浸水变形试验中,最大膨胀率与初始干密度呈线性变化规律。【结论】提出了侧限条件下膨胀土增湿变形的计算模式,将计算模式用于宁夏某渠道地基变形分析,结果基本符合实际情况。用该模式对试验结果进行回判分析,计算数值与试验数据吻合较好。     

邯郸膨胀土物理性质及化学改良试验研究

通过含水率试验,土粒比质量试验,液、塑限联合测定试验,自由膨胀率试验,对邯郸膨胀土进行基本物理性质测定:邯郸膨胀土自由膨胀率高达130%,属于强性膨胀土;塑性指数为34.54,含有大量的亲水性矿物。基于双电子层理论,利用阳离子交换作用,使用不同浓度的石灰(CaO)、氯化钾(KCl)溶液对膨胀土进行浸泡改良处理。自由膨胀率试验结果表明改良效果明显:10%KCl溶液可将自由膨胀率降低至32%,5%石灰溶液可将自由膨胀率降低至34%,都低于40%。上述提出的化学改良方法的有效性得到了试验的验证,可以为今后工程建设中膨胀土的改良提供参考。     

人工改性纳米nSiO2对Cd(Ⅱ)在土 水界面分配的影响

【目的】研究改性纳米吸附材料nSiO_2对土-水界面上Cd(Ⅱ)分配过程的影响。【方法】人工制备改性纳米二氧化硅(nSiO_2),并对其表征进行分析;以采自陕西杨凌和辽宁抚顺的土样YL和FS为研究对象,通过批处理试验法探讨了nSiO_2对不同粒级组成土壤中Cd(Ⅱ)的界面竞争吸附动力学特征。【结果】成功制备粒径为13~28nm、具有较高分散性、富含-NH2官能团的改性nSiO_2,其对YL和FS土壤溶液中Cd(Ⅱ)的最大吸附量可达143.94mg/g左右。YL土壤的砂粒、粉粒和黏粒对Cd(Ⅱ)的最大吸附量则分别为5.76,9.17和11.48mg/g,FS土壤的砂粒、粉粒和黏粒对Cd(Ⅱ)的最大吸附量分别为6.25,11.54和15.43mg/g。土壤粒径越小,Cd(Ⅱ)吸附量和释放潜力越大,但Cd(Ⅱ)实际释放量不足吸附量的0.1%。土壤中添加改性nSiO_2后,会导致Cd(Ⅱ)在土-水界面的分配系数明显增大,Cd(Ⅱ)的释放量明显减小,且Cd(Ⅱ)在形成的nSiO_2-土-水多元界面体系中具有良好的稳定性。添加改性nSiO_2后,YL土壤砂粒、粉粒和黏粒中Cd(Ⅱ)的分配系数分别增加了2.10,2.28和3.06倍,FS土壤砂粒、粉粒和黏粒中Cd(Ⅱ)的分配系数分别增加了4.61,4.47和4.80倍。Cd(Ⅱ)在nSiO_2-土-水多元体系中的界面分配行为受限于伴随有竞争吸附和扩散释放的复杂的非均相准二级动力学过程。【结论】人工改性nSiO_2进入土壤环境后,可以明显减少Cd(Ⅱ)在水相中的分配,增强土壤固相对Cd(Ⅱ)的固定和吸持,在污染土壤修复中具有良好的应用潜力。     

HEC固化剂对日光温室戈壁土墙体固化性能试验

【目的】测试新疆三种典型日光温室戈壁土墙体土样进行固化性能,分析戈壁土固化前后的力学性能和硫酸盐侵蚀后的强度的变化规律,为新疆非耕地墙体固化方案提供理论依据。【方法】依据《土工试验方法标准》GB 50123-1999、《土力学实验》和《土工试验规程》SL 237-1999的测试要求^[1-3],采用颗粒分析试验、击实试验测定土体的颗粒级配、类别和击实性能,研究戈壁土固化前的物理性能,测定固化土的抗压强度、硫酸盐侵蚀后的强度。【结果】(1)三种戈壁土土样均为圆砾,根据特征粒径得出土样的不均匀系数Cu和曲率系数Cc表明2号土样的级配最好,其次为3号土样,1号土样的级配最差。(2)掺入15%的土壤固化料,与原状土相比,1号土样的最大干密度ρ_d和最优含水率w_op增加最为显著,分别为0.046%、0.017%。(3)戈壁土随固化剂掺量的增加,胶凝材料越多,固化土越密实,抗压强度越大。(4)90 d侵蚀试验中,固化土随侵蚀周期的增长,抗压强度越大。【结论】HEC固化剂对新疆常用的日光温室墙体建材具有显著的固化效果,其抗压强度和抗硫酸盐效果满足土墙温室墙体建造要求,固化后的墙体坚固耐腐蚀,降低了温室的维护成本,有效延长了温室的使用寿命。     

改性分散性土边坡稳定性离心模型试验

【目的】模拟并研究改性分散土边坡的稳定性,为分散性土质边坡的工程安全提供技术支持。【方法】对黑龙江省胖头泡蓄滞洪区堤防工程筑堤土料的分散性进行鉴定,通过针孔、碎块等室内试验提出堤防表层土改性方案,并对表层改性的分散性土边坡进行离心模型试验,将模拟30 m高堤防边坡模型的离心加速度从0逐渐加到50 g,稳定运行20 min后,分析离心加速阶段和匀速运行阶段边坡的变形规律,研究胖头泡蓄滞洪区堤防工程改性分散土与分散性土结合的稳定性。【结果】边坡模型离心加速阶段结束时最大沉降量为1.3 mm,沉降率为0.22%;离心匀速运行阶段结束时,整体最大沉降量为1.74 mm,沉降率为0.29%;整个边坡模型在表层土改性后沉降量较小,改性分散土层和分散性土层未发生大的错动、滑移以及脱空变形等现象。【结论】胖头泡蓄滞洪区堤防工程改性后的分散性土能够与分散性土层良好结合,可有效改良堤防工程土质。     

中小型工程中膨胀土的判别指标探讨

对现有膨胀土分类方法进行了评述,分析了膨胀土的判别和分类中的5种重要指标,即液限、塑性指数、小于0.002mm胶粒含量、自由膨胀率和胀缩总率,对如何准确简便地对膨胀土进行鉴别和分类提出了相关建议。     

土壤粒径对农药在土壤中分布和光解的影响

以500W氙灯为光源研究了氯氰菊酯等农药在土壤不同粒径范围的光解速率以及农药加入土壤经充分平衡后在不同粒径范围的分布。结果表明,土壤粒径对农药在土壤中的分布和光解速率有显著影响。粘质壤土中,几种农药在0.1～0.25mm和0.25～0.5mm粒径范围含量最高,为混合土样的1.2～1.3倍;1.0～2.0mm粒径范围含量最低,为混合土样的0.78～0.9倍;砂质壤土中几种农药含量则随粒径增大而提高。氯氰菊酯等3种农药在粘质壤土和砂质壤土不同粒径范围的光解速率均以0.5～1.0mm范围最快,半衰期分别为34.07～42.78h(砂质壤土)和44.93～55.0h(粘质壤土);0.1～0.25mm粒径范围光解最慢,半衰期分别为56.50～77.70h(砂质壤土)和65.04～88.03h(粘质壤土)。     

黑土长期定位试验原状土搬迁对土壤微生物性质的影响

通过测定黑土长期定位试验原状土整体搬迁前后四种处理(CK、NPK、M、MNPK)土壤可培养微生物数量、土壤微生物量含量及土壤酶活性变化,探讨搬迁的特定条件对土壤微生物性质的影响。结果表明,1搬迁前后5年各处理三大类微生物数量、微生物量碳、氮含量和四种土壤酶活性在0~20 cm土层中均高于20~40 cm土层;2每年在两个土层中MNPK处理的三大类微生物数量和微生物量碳、氮含量均最高,CK处理均最低,而每年在两个土层中土壤过氧化氢酶和转化酶活性CK和M处理均明显高于NPK和MNPK处理,而磷酸酶活性CK和M处理则低于NPK和MNPK处理,脲酶活性在4个处理中差异不大;3比较搬迁前后5年间各项微生物指标变化发现,各项指标年际间虽存在变化但程度不大,搬迁后2011年和2012年相对较高,同为小麦茬的搬迁前2010年和搬迁后2013年各项指标较为接近。研究说明,土壤深度和施肥对土壤各项生物指标影响较大,年际间变化也受到轮作方式的影响,搬迁对土壤微生物扰动影响远小于施肥和耕作方式等的影响。     

昆明近郊水稻土、菜园土、大棚土养分调查

2002年5月对昆明近郊水稻土、菜园土、大棚土136个土壤样品进行了测试分析,了解昆明近郊水稻土、菜园土、大棚土3种土壤肥力现状。结果表明:有机质、全N、全P、碱解N、速效P在耕作中不存在缺乏现象。全K3种土壤全层都缺乏。速效K在水稻土、菜园土的20～40cm、40～60cm土层中缺乏,其余土壤的土层不缺乏。     

侵蚀土壤酶活性与土壤养分的关系

通过对泥河沟侵蚀试验小区表层(0～10 cm)土壤酶及土壤养分的测定,研究了侵蚀土壤和泥沙中酶活性与土壤养分的关系.结果表明,水土流失使土壤酶损失,造成了泥沙中除脲酶外其它酶活性均高于表土层,呈现出高肥力土壤高流失的现象;流失泥沙中各种酶活性,以及它们与流失养分间呈现出显著或极显著关系,这种关系表明土壤流失不仅造成了土壤养分的损失,也造成了各种酶活性的降低.     

白浆土的水分性质和水分动态

通过试验和调查研究,发现大部分白浆土的干燥度在1.00～1.27之间,各土层的水分性质差异显著。白浆土水分变化可分为冻结凝聚期,融冻返浆期,初夏干旱期,伏雨湿涝期和秋夏稳定期。研究表明,调节土壤水分是利用改良白浆土的首要问题。     

水田自然免耕土壤结构状况研究

本文研究了自然免耕土壤的水稳性团聚体、微团聚体和土壤结构的稳定性及其与水分的关系。结果表明:自然免耕促进了>25mm的水稳性团聚体形成,团聚水平、团聚度和结构系数增加,结构稳定性提高,土壤容重稳定。因此,浸润水分有利于土壤结构的形成和稳定。     

湘东丘陵4种林地深层土壤颗粒有机碳及其组分的分配特征

选取湘东丘陵区4种典型母质发育的林地土壤(花岗岩红壤、板岩红壤、第四纪红土红壤、酸性紫色土),分层次采集土壤剖面样品,采用物理分组方法,研究深层土壤颗粒有机碳(POC)及其组分(粗颗粒有机碳CPOC、细颗粒有机碳FPOC)的数量分布和分配比例,探讨POC及其组分与土壤有机碳、质地的关系。结果表明,4种土壤剖面POC储量介于2.63-11.59 t/hm2,以花岗岩红壤最高,其次为板岩红壤,第四纪红土红壤和酸性紫色土相对最低。4种土壤POC占SOC的比例(POC/SOC)介于1.5%-13.9%,花岗岩红壤POC/SOC随剖面加深而升高,板岩红壤和第四纪红土红壤则降低,紫色土POC/SOC在40-60 cm土层达到最大值后迅速降低。在40 cm以下的深层土壤中,花岗岩红壤和紫色土保存有数量可观、比例更高的POC。第四纪红土红壤POC储量相对较少、POC/SOC也在表土层较高。花岗岩红壤POC中以CPOC为主,而紫色土以FPOC为主,板岩红壤和第四纪红土红壤中CPOC和FPOC比例接近。所选4种土壤POC组分中,FPOC数量更能代表SOC数量的变化。SOC储量和质地是影响不同母质土壤POC及其组分分配差异的重要因素,在林地开发利用中也应重视深层土壤(40 cm)中储藏的活性碳组分。     

Bacterial diversity and community composition changes in paddy soils that have different parent materials and fertility levels

Parent materials and the fertility levels of paddy soils are highly variable in subtropical China. Bacterial diversity and community composition play pivotal roles in soil ecosystem processes and functions. However, the effects of parent material and fertility on bacterial diversity and community composition in paddy soils are unclear. The key soil factors driving the changes in bacterial diversity, community composition, and the specific bacterial species in soils that are derived from different parent materials and have differing fertility levels are unknown. Soil samples were collected from paddy fields in two areas with different parent materials(quaternary red clay or tertiary sandstone) and two levels of fertility(high or low). The variations in bacterial diversity indices and communities were evaluated by 454 pyrosequencing which targeted the V4–V5 region of the 16 S r RNA gene. The effects of parent material and fertility on bacterial diversity and community composition were clarified by a two-way ANOVA and a two-way PERMANOVA. A principal coordinate analysis(PCo A), a redundancy analysis(RDA), and multivariate regression trees(MRT) were used to assess changes in the studied variables and identify the factors affecting bacterial community composition. Co-occurrence network analysis was performed to find correlations between bacterial genera and specific soil properties, and a statistical analysis of metagenomic profiles(STAMP) was used to determine bacterial genus abundance differences between the soil samples. The contributions made by parent material and soil fertility to changes in the bacterial diversity indices were comparable, but soil fertility accounted for a larger part of the shift in bacterial community composition than the parent material. Soil properties, especially soil texture, were strongly associated with bacterial diversity. The RDA showed that soil organic carbon(SOC) was the primary factor influencing bacterial community composition. A key threshold for SOC(25.5 g kg~(–1)) separated low fertility soils from high fertility soils. The network analysis implied that bacterial interactions tended towards cooperation and that copiotrophic bacteria became dominant when the soil environment improved. The STAMP revealed that copiotrophic bacteria, such as Massilia and Rhodanobacter, were more abundant in the high fertility soils, while oligotrophic bacteria, such as Anaerolinea, were dominant in low fertility soils. The results showed that soil texture played a role in bacterial diversity, but nutrients, especially SOC, shaped bacterial community composition in paddy soils with different parent materials and fertility levels.     

土壤质量管理：〈Ⅰ〉土壤功能和土壤质量

土壤质量管理是对土壤功能、土壤质量、土壤退化、土壤修复及其关系的研究和成果应用的科学实践活动.各种土壤的不同功能有其空间分异、历史演替和强弱序列;土壤质量及其评价建立在土壤功能之上.本文阐述了土壤功能、土壤质量及其评价指标和方法,并对今后的土壤评价研究提出了建议.     

土壤改良剂对酸性水稻土pH值、交换性钙镁及有效磷的影响

选取酸性水稻土进行土壤培养试验和水稻盆栽试验,分别施用生石灰(Q)、白云石粉(DP)、钙镁磷肥(CMP)以及土壤改良剂1号(M1)、2号(M2)、3号(M3)和4号(M4),分析其土壤pH值、交换性钙、交换性镁、有效磷含量的变化,探讨土壤改良剂对酸性水稻土理化性质的影响。结果表明,与不施改良剂(CK)比较,使用改良剂均显著提高了土壤pH(P0.05);Q、DP和M2处理交换性钙含量增加显著(P0.05),DP、M2、M3和M4处理交换性镁含量增加显著(P0.05);M1、M3和M4处理显著降低了有效磷含量(P0.05)。盆栽试验与土培试验相比较,施相同改良剂的土壤pH、交换性钙、镁、有效磷的变化幅度差异大,交换性钙含量除M3处理降低4.9%外,其余处理均升高,升高最多的有20.9%;交换性镁含量除DP处理升高14.9%外,其余均下降,M2处理降低最多,为9.2%;所有处理有效磷含量均升高,增加最多是M2处理,达114.6%。研究阐明了土壤改良剂在短期内能够影响土壤pH值、交换性钙、镁、有效磷含量的变化,但土培和盆栽两种方式造成的效果有差异。     

土壤改良剂对紫色土低吸力段持水特性的影响

本文研究了聚丙烯酰胺(PHM)和聚乙烯醇(VAM)对不同质地紫色土低吸力段持水特性的作用.结果表明,两种改良剂均能提高土壤持水量和释水量,增大土壤吸持水分对植物有效程度.改良剂VAM 的效果优于PHM,对质地偏粘土壤的效果更好。而PHM 则较适用于质地偏砂的土壤.