护坡草灌根系的抗拉试验研究

草灌根系抗拉是草灌群落护坡的基础。本文采用室内抗拉试验与数学回归分析相结合的方法,分析常见的护坡草灌植物多花木兰、紫穗槐、狗牙根与高羊茅的根系的力学特征。结果表明:四种植物根系的抗拉强度与直径存负相关,且是直径的幂函数关系;其排序为多花木兰(62.9 N/mm~2)紫穗槐(58.7 N/mm~2)狗牙根(49.5 N/mm~2)高羊茅(49.4 N/mm~2);四种植物根系的平均抗拉强度约为HPB235钢筋的1/5～1/4。     

根土复合体的抗剪特性研究

为了研究根系对土体的加固效应,模拟矿区排土场边坡恢复植被油松样地的含水率与土壤密度,以根径和埋根方式为控制因素,制备根土复合体,利用全自动三轴仪,进行了固结不排水(CU)剪切试验。结果表明,与素土相比,根系能够提高土体的极限主应力差,增强土体抵抗破坏的能力。根土复合体是一种特殊的弹塑型材料,其主应力差与轴向应变曲线呈光滑非线性特征,随着围压的增大,表现出由应变硬化型向应变软化型转型的特征;围压对极限主应力差影响显著,埋根方式、根系直径对极限主应力差的影响不显著。随着根径的增加,不论是水平埋根还是垂直埋根,根土复合体的粘聚力均为增加的趋势;垂直埋根的根土复合体则随着根径的增加内摩擦角增大,而水平埋根的根土复合体的内摩擦角则有轻微的减小。根土复合体的Wu-Waldron根粘聚力模型修正系数K″范围为0.11~0.37。     

降雨入渗对微生物注浆加固边坡的稳定性影响研究

利用微生物注浆加固边坡,分析降雨入渗作用下微生物注浆加固土体的非饱和土-水特征参数,并采用Van Genuchten公式进行拟合,获得微生物注浆土体渗透函数的特征参数。利用MIDAS/GTS分析降雨入渗条件下,坡面加固边坡的非饱和土体,在流固耦合作用下的暂态孔隙水压力,并用于考虑基质吸力影响的边坡稳定性计算。根据设定的降雨情况,探讨了注浆边坡在不同降雨强度、不同降雨持时的稳定性。结果表明:微生物注浆加固可以有效减小降雨入渗对边坡的影响,对提高边坡的稳定性具有明显的促进作用;相同加固方案、相同降雨持时情况下,降雨强度越大,边坡的稳定性越差,其中当降雨强度达到30mm/d时,所有加固方案的边坡处在失稳状态;降雨持时相同,随着注浆加固厚度的增加,坡体孔隙水压力负值区减少,边坡的稳定性进一步增加。     

植物根-土复合体原位剪切试验装置的设计与分析

针对植物根-土复合体室内剪切试验时产生土体振动而导致试验精度不高的问题,在分析实际试验过程的基础上,提出了更接近实际剪切状况的野外现场原位试验方案,设计了一种植物根-土复合体原位剪切试验装置,采用电动拉杆带动专用卡具进行剪切,通过数据采集系统测出剪应力与剪切位移。制成的剪切试验装置主要由机架、固定卡具、拉拽机构和数据采集系统组成。受力分析及试验表明:该装置满足使用要求,为今后各类根-土复合体原位剪切试验装置的应用提供了参考。     

水下根土复合体原位剪切装置设计与试验

针对现有原位剪切装置不具备防水功能,试验时难以保证推力匀速进给和推力及对应位移数据的同步采集等问题,为了能在水下进行原位剪切试验来测定植物水下根系的固土能力,结合水下原位剪切的特点,设计一种水下根土复合体原位剪切装置。剪切装置由剪切系统、液压系统、数据采集系统和取样框等组成。该装置能在水下正常工作,试验时推力进给匀速,速度可调可控,能同步自动实时采集、读取、记录、存储数据,并绘制剪应力—位移关系曲线。野外试验表明水下素土的抗剪强度为4.23 kPa,是陆上的74.9%,风车草、花叶芦竹根土复合体的水下抗剪强度分别为17.52 kPa和14.38 kPa,是陆上相同RAR根土复合体的56.7%、44%。仿真分析及试验结果表明该剪切装置强度、刚度、精度、稳定性和可靠性均满足使用要求,且能较好的测定水下根系的固土能力。     

振动式果树根系断切装置设计与试验

针对矮砧密植果园根系管控中根土复合体阻力过大,果树根系断切作业不理想等问题,设计一种振动式果树根系断切装置。对切割装置受力模型分析可知,影响阻力的因素主要有锯齿弯刀参数、根土复合体参数、根土复合体与锯齿弯刀参数及作业方式参数。对振动式果树根系断切装置切割装置进行设计与分析,应用有限元仿真软件对切割装置进行切割根土复合体模拟分析,切割装置振动状态下平均切削受力为236.97N,不振动状态下平均切削受力为432.35N,达到振动减阻目的。切割装置土槽试验表明,振动状态下所受水平合力均值均小于不振动状态下所受水平合力均值225.34N,振动状态下切割根土复合体作业效果良好,对根系以及土壤起到锯切效果,减小切削阻力。通过振动状态下切割装置切割根土复合体正交试验分析可知：最优作业参数为偏心距20mm,转速3r/s,土槽作业平台前进速度0.2m/s;土壤扰动量的主要影响因素是偏心距和前进速度;影响切割装置入土稳定性主要因素为偏心距和转速,观察作业现场得知入土深度稳定,满足入土要求。整机试验表明：根系平整切割占比左侧为21.05%、右侧为17.39%,锯切占比左侧为78.95%、右侧为82.61%,由此可知,振动式果树根系断切装置作业过程中振动断切装置对根土复合体起到锯切效果,减小机具和切割装置所受阻力,起到减阻效果;由试验现场可知,机具稳定性良好,作业后留下20~25mm沟壑,与入土切割装置厚度20mm一致。土壤外翻程度小,土壤弥合较好。     

不同水环境下含根马兰黄土的崩解性初探

通过野外调查发现,在黄土高原地区水土流失严重,降雨后浅表层滑坡多发生在植被发育良好的区域.推测其与黄土的崩解性这一水敏性质有关.为了探究边坡土体的崩解性发生的机理和草类根系在崩解发生时的作用.设计了不同水动力条件下含根马兰黄土和无根马兰黄土的崩解试验.结果发现,水进入土体后在孔隙中产生扩张作用,裂隙产生并扩张并延伸,土...     

人工降雨作用下黄土边坡的室内模型试验研究

在自然界中,降雨是诱发黄土滑坡的主要因素,但由于黄土特殊的结构性和力学特性,导致对此问题的研究仍然不够系统和深入。为了对降雨诱发黄土滑坡失稳机理有更深的了解,进行了人工降雨作用下的黄土滑坡的室内模型试验研究。在前两次的降雨中,平均入渗率为86%,之后入渗率由于地表径流的增加而随时间逐渐减少,最后维持在40%左右;在一定的降雨强度下,黄土边坡会先产生坡面侵蚀和水土流失,形成冲蚀沟和泥流运动,然后引发多重滑体的牵引式滑坡;滑动变形区为坡面下0~1.6m之内的浅层土体。降雨入渗使土体的孔隙水压力增大致使有效应力减小以及产生指向坡外的渗透力导致坡体不稳定,这一双重效应为降雨诱发黄土滑坡的原因之一。     

板蓝根收获机组合筛面摆动式根土分离装置设计与试验

针对板蓝根收获机作业根土分离率低、根茎伤损率高等问题,设计了组合摆动式板蓝根根土分离装置,阐述了该机整体结构及工作原理。结合板蓝根种植模式及板蓝根收获机的作业要求,通过对筛分过程中组合式筛面根土复合体的动力学分析,确定了影响根土分离效果的主要因素及其取值范围。以根土分离率和根茎伤损率为评价指标,以筛面倾角、曲柄转速、曲柄半径为试验因素,进行二次回归正交旋转组合试验,建立了试验因素与评价指标之间的回归模型,分析了试验因素对评价指标的影响,对组合摆动式板蓝根根土分离装置的结构与工作参数进行优化,结果表明,在筛面倾角为14.94°、曲柄转速为440 r/min、曲柄半径为19.95 mm时,模型得到的根土分离率为97.19%,根茎伤损率为2.66%。对优化后的数据在相同条件下进行田间验证试验,结果表明,根土分离率为96.09%,根茎伤损率为2.75%,满足板蓝根根土分离要求。在相同条件下进行田间对比试验,结果表明,筛条-筛板组合式筛面根土分离性能优于全筛条式筛面和全筛板式筛面。     

退化草地复合体力学特性与影响因素研究

为采用机械手段有效打破高坚实度退化草地板结性土层形成的土壤-根系复合体结构,对退化草地形成的复合体结构基本力学特性进行了研究。通过测定退化草地复合体的紧实程度、容重、含水率、孔隙度和含根量分布,对退化草地形成的复合体的物理性状进行了分析;通过对复合体原状试样进行剪切、无侧限压缩和回弹模量试验,对复合体的抗剪、无侧限抗压和回弹等基本力学特性进行了研究,并在此基础上通过正交试验探讨了容重、含水率和含根量对上述力学特性的影响。研究发现,退化草地形成的复合体具有加剧土壤紧实程度、聚集根系向浅层分布等特征;复合体的抗剪强度、无侧限抗压强度和回弹模量因根系的存在与无根系分布的土层相比有很大变化;复合体容重、含水率和含根量均对其力学特性产生了影响,且各因素的影响存在交互作用,根系的存在可增强复合体结构的抗剪强度和无侧限抗压强度,但对于回弹模量的影响却表现出一定的差异性。     

基于集对法的土工袋砌护农田排水沟道边坡稳定性评价

针对宁夏引黄灌区农田排水沟道局部滑塌严重的实际状况,采用土工袋砌护沟道边坡,并进行了边坡稳定性的监测与评价。介绍了课题组在宁夏引黄灌区青铜峡邵岗镇东方红村高标准农田建设项目区实施的土工袋砌护农田排水沟道边坡稳定性监测仪器布置概况,分析讨论了2018年原型监测试验数据。在此基础上,选取沟道边坡土压力、孔隙水压力以及边坡内部位移等参数,结合影响土工袋砌护农田排水沟道稳定性的其他因素,采用集对法评价土工袋砌护固坡模式下农田排水沟道的稳定性,并且与草土木桩护坡效果进行对比。结果表明,土工袋砌护农田排水沟道固坡效果良好,集对分析法应用于农田排水沟道稳定性评价是可行的。     

内陆浅层咸水区水动力参数变异过程试验研究

选取鲁北平原区浅层粉土、浅层咸水和大气降水为供试材料,进行室内雨水-咸水驱替试验,研究驱替过程中的含水介质渗透性变化特征,探讨内陆浅层咸水区水动力、水文地球化学过程对水文地质参数变异影响。试验结果表明:雨水驱替咸水饱和土柱过程中,盐分突变,渗透系数由开始的6.49×10-4 cm/s最终降至2.28×10-4 cm/s,并维持相对稳定;第188d后,咸水再次驱替土柱,且完全穿透土柱后,含水介质孔隙度由开始的43.02%大约降至39.73%;在雨水驱替过程中,水温变化对渗透系数波动性变化的影响较为显著。研究认为,内陆咸水区含水介质黏土矿物含量高,黏粒大量膨胀和释放、扩散及Ca/Mg-Na的离子交换作用引起孔隙度降低是造成含水介质的渗透性下降的主因,咸雨水驱替过程中渗透性的变化具有不可逆性。含水介质水文地质参数的变异对于内陆浅层咸水形成和演化有重要影响。     

灌溉对草坪草蒸散和坪用质量的影响

以盐城市常用暖季型草坪草沟叶结缕草[Z.matrella(L.)Merr.]和普通狗牙根[Cynodon dactylon(L.) Pers.]以及冷季型草坪草高羊茅品种翠碧(Festuca arundinacea cv.Triplet)和早熟禾品种解放者(Poa pratensis cv. Liberator)为试验材料,研究了它们在充分灌水条件下蒸散量差异,月蒸散量和日蒸散量变化特点以及非充分灌水条件下蒸散特点和坪用价值。研究结果显示4种草坪草之间蒸散量存在显著差异,冷季型草坪草的蒸散量显著的高于暖季型草坪草;试验期间,各草坪草的月蒸散量低谷出现在7月份,高峰出现8月份;供试材料的日蒸散量随着温度的变化呈现先升高后降低的特点;4种草坪草的蒸散量随着土壤含水量降低而显著的下降,在土壤持水量60%～80%的情况下,草坪质量均可以达到满意的效果。本研究将对4种草坪草的水分管理和节水灌溉提供基本的试验依据。     

保水剂施用方式对侧柏根际微生态环境的影响

为探讨保水剂施用方式对侧柏根际微生态环境的作用效果,以侧柏裸根苗为试材,通过盆栽试验研究了不施肥和保水剂(CK)、单施尿素(U)、单施保水剂(S)、保水剂-尿素混施(SUM)和保水剂-尿素凝胶(SUG)等处理对侧柏根际土壤酶活性、微生物多样性及生长的影响。结果表明:同U处理相比,SUG处理明显增加了根系分泌物中氨基酸总量、有机酸总量和总糖含量;SUG处理显著提高了根际土壤过氧化氢酶、脲酶、多酚氧化酶和蔗糖酶活性,其中脲酶活性分别较CK、U、S、SUM处理提高29.53%、14.88%、27.81%、7.82%;同时SUG处理亦提高根际土壤微生物平均吸光度(AWCD)、丰富度指数和均匀度指数,并降低了优势度指数,其中丰富度指数分别比CK、U、S、SUM处理提高28.78%、30.22%、26.91%、8.39%。此外,SUG处理还显著促进了侧柏地径和株高的生长,并明显高于其他处理。与SUG处理相比,S、SUM处理对侧柏根际土壤酶活性和微生物多样性的影响作用较小,说明保水剂-尿素凝胶方式较单施保水剂和保水剂-尿素混施方式可显著增强侧柏的干旱适应能力。由此可知,保水剂-尿素凝胶方式有利于改善侧柏根际土壤微生态环境,增强抵御干旱胁迫的能力,并促进生长。     

不同水分条件对草坪草耗水及生长影响的研究

利用小型蒸渗仪,开展了不同土壤水分条件下,早熟禾、高羊茅、结缕草、野牛草4种草坪草的耗水规律及生长特性的试验研究。研究发现草坪草的耗水在时间上的变化为双驼峰型,第一个耗水高峰期出现在5月中旬到6月末,第二个耗水高峰期出现在7月中旬到9月中旬。各年中草坪草耗水随降雨的变化而变化。且S1处理的草坪生长量、根重均高于S2和S3处理,但S2和S3处理的草坪生长量、根系发育差异不大。草坪草累积耗水量和日平均耗水量均随控制土壤水分下限的降低而显著降低。在草坪灌溉管理中灌溉控制土壤水分下限可控制在40%~60%的田间持水量。     

不同下垫面红壤坡面产流的特征与过程模拟

针对不同下垫面红壤坡面的产流特征及定量模拟问题,以江西省德安县水土保持科技园内的野外径流小区2016-2017年历次降雨径流观测试验为基础,对比分析了三种下垫面（裸地、百喜草植草覆盖、干草敷盖）条件下红壤坡面的产流特征;基于运动波理论和Green-Ampt入渗模型构建了红壤坡面产流数值模型,采用Preissmann差分法数值离散,通过试验数据进行率定验证;利用模型模拟不同下垫面状况、雨强下的坡面产流入渗过程。结果表明：(1)与裸地相比,干草敷盖、植草覆盖在不同降雨下均有显著的减流作用,平均减流率各为82.5%、87.9%;(2)利用实测数据验证本文模型,不同下垫面小区产流量模拟值与实测值的相对误差均在±10%以内,说明模型能反映不同降雨条件下不同下垫面红壤坡面的产流规律;(3)数值试验结果表明地表覆盖可增大入渗,延迟坡面产流,延迟效果随雨强增大而减弱;土壤初渗速率与雨强成正比,稳渗速率受雨强影响较小;雨强愈大,产流愈快进入相对稳定阶段,且稳定阶段的单宽流量愈大。研究可为红壤坡地水土流失定量评估和治理提供理论依据。     

基于作物-水模型的不同降雨年型苜蓿草田生长季地下滴灌灌溉制度研究

以不同降雨年型苜蓿草田生长季地下滴灌灌溉制度为研究目标,以地下滴灌不同土壤含水量下限控制试验为基础,通过对不同降雨年型苜蓿生长、水分利用及产量指标的系统分析,建立产量-耗水量-水分生产效率的作物-水模型,推求各茬苜蓿最优耗水量,结合典型年降雨在苜蓿生产各茬内的分布特点,提出宁夏引黄灌区苜蓿草田不同降雨年型地下滴灌灌溉制度。结果表明:不同降雨年型下,地下滴灌苜蓿土壤含水量≥50%田间持水率时,各茬株高呈现先升高再下降的2段式变化过程;分枝数随收获茬次的延续逐步下降,茎叶比在丰水年型随灌溉定额增加而升高,在平水年型随收获茬次延续逐步下降;各处理干草产量在不同降雨年型均随收获茬次的延续逐步下降,且土壤含水量下限高于60%田间持水率的各处理间产量差异达不到显著水平;苜蓿草田各茬灌水量通过影响耗水量而影响苜蓿茎叶比、株高和分枝数,进而影响干草产量,并据此建立了苜蓿草田产量-耗水量-水分生产效率间的作物水模型,计算苜蓿草田各茬兼顾产量和水分生产效率的最优耗水量,结合自然降雨分布特征,提出宁夏引黄灌区不同降雨年型苜蓿草田生长季地下滴灌灌溉制度:枯水年苜蓿地下滴灌灌溉定额为5 000 m~3/hm~2,灌水20次;平水年苜蓿地下滴灌灌溉定额为4 600 m~3/hm~2,灌水19次;丰水年苜蓿地下滴灌灌溉定额为4 132 m~3/hm~2,灌水17次。     

深层干化土壤水分恢复试验研究

为探索黄土丘陵区深层干化土壤在不同覆盖措施下的土壤水分恢复特征,在陕西省米脂县丘陵山地建造大型模拟干化土壤土柱,地表分别进行薄膜覆盖、石子覆盖、树枝覆盖、栽植枣树、刺槐及裸地6个处理,对2014—2017年土壤水分进行定位监测。数据分析结果表明:至试验期结束,薄膜覆盖、石子覆盖、树枝覆盖、裸地土壤水分恢复深度分别为1 000、1 000、700、480 cm,薄膜覆盖、石子覆盖、树枝覆盖、裸地、枣树、刺槐0～1 000 cm深度范围内土壤储水量变化量分别为1 211. 4、853. 4、662. 5、523. 2、17. 8、-235. 7 mm,全年覆盖降雨贮存效率分别为63. 4%、42. 4%、29. 4%、23. 0%、-8. 5%、-20. 3%,4年生枣树耗水区域为0～300 cm范围,刺槐耗水深度达1 000 cm,枣树年均蒸散量为586. 4 mm、刺槐年均蒸散量为666. 5 mm,是枣树的1. 1倍。该研究结果对黄土区大面积干化土壤修复及合理选择人工栽植植物具有积极意义。     

不同水分和粒肥处理对香稻香气、品质和产量的影响

【目的】探索香稻适宜的水肥管理模式。【方法】以常规香稻"桂香占"和杂交香稻"培杂软香"为试验材料,采用盆栽试验,设置二因子三水平随机区组共9个处理,即水分因子设常规灌溉(维持水层1~3 cm,W0)、轻度控水灌溉(土壤水势维持在-20~-5 k Pa,W1)和重度控水灌溉(土壤水势维持在-40~-25 k Pa,W2);粒肥因子设不施粒肥(N0)、低氮粒肥(每盆施尿素0.43 g,N1)和高氮粒肥(每盆施尿素1.08 g,N2),并以常规灌溉不施粒肥处理(W0N0)为对照,研究了9个处理对香稻香气、品质和产量的影响。【结果】轻度控水灌溉高氮粒肥处理(W1N2)香稻"桂香占"和"培杂软香"的糙米香气分别比W0N0处理显著增加了176.1%和62.3%;W1N2处理"桂香占"的精米率比W0N0处理显著提高了69.78%,但对"培杂软香"的精米率没有显著影响;W1N2处理"桂香占"和"培杂软香"的垩白粒率分别比W0N0处理显著降低了15.03%和9.45%;W1N2处理"桂香占"的总粒数和"培杂软香"的有效穗分别比W0N0处理显著提高了3.95%和24.72%;常规灌溉高氮粒肥处理(W0N2)处理"桂香占"和"培杂软香"的实际产量分别为6.85 t/hm2和6.97 t/hm2比其他各处理实际产量稍高,但各处理与W0N0处理相比没有显著差异。【结论】轻度控水灌溉高氮粒肥处理是浓香高产优质的最佳栽培措施,可在香稻的大面积和标准化种植中推广应用。     

砾石覆盖对海涂围垦区粉砂土坡面土壤可蚀性影响试验研究

通过人工模拟降雨试验,选取2种坡度(15°,30°),2种降雨强度(92,119 mm/h)和6种砾石覆盖度(0,10%,20%,40%,60%,80%),探究砾石覆盖对海涂围垦区粉砂土坡面侵蚀及土壤可蚀性的影响.结果表明:随累积降雨量增加,土壤可蚀性参数先增大后减小,并趋于稳定.坡度对土壤可蚀性影响显著,坡度越陡,坡面土壤可蚀性越大.砾石覆盖度与土壤可蚀性参数并非呈单调关系.坡度较陡且低覆盖度时,砾石覆盖增加坡面侵蚀;而当高覆盖度时,砾石覆盖可降低坡面径流速率,增加入渗率,减小土壤侵蚀率.适当盖度砾石覆盖能够改变边坡表面粗糙程度,降低坡面土壤可蚀性.砾石覆盖坡面径流雷诺数与土壤可蚀性参数呈显著线性负相关关系.通过径流雷诺数与土壤可蚀性参数线性关系定量分析能够较好反映坡面高钠盐土颗粒输移水动力学过程,对于构建盐碱土边坡泥沙输移预测模型具有重要意义.