冻融作用对植被混凝土抗剪强度的影响

为探讨冻融作用对植被混凝土生态基材抗剪强度的影响,选取冷端温度、含水率和融化温度为影响因素,采用快剪试验监测原始样与冻融样的黏聚力和内摩擦角.结果表明：1）经历冻胀与融沉过程后,植被混凝土的黏聚力降低,内摩擦角在多数情况下表现为增大,二者的耦合作用显示抗剪强度有所降低;2）随着冷端温度的降低,植被混凝土冻融后的黏聚力逐渐减小,而内摩擦角却逐渐增大;3）含水率对植被混凝土黏聚力与内摩擦角的影响具有双重效应,随着含水率的增大,植被混凝土冻融后的黏聚力先快速减小而后缓慢减小至稳定值,而内摩擦角却逐渐减小;4）融化温度的改变不会造成黏聚力和内摩擦角的变化,仅影响冻结植被混凝土的融沉历时.     

黄土高原浅层原状土抗剪强度浅析

采用轻便式直剪仪，对黄土高原几种土壤的浅层原状土抗剪强度进行现场测定，得出其抗剪强度指标的变化规律，通过对其影响因素分析，并与同类地区扰动击实土的抗剪强度进行比较，指出黄土高原地区浅层土其抗剪强度的脆弱性及其在水土保持坡面工程中的防治措施。     

冻融循环和土壤性质对东北黑土抗剪强度的影响

为了揭示东北黑土区季节性冻融循环作用和土壤性质对土壤可蚀性的影响,采集黑龙江省宾县典型薄层黑土区(BX)和克山县典型厚层黑土区(KS)0—20cm的耕层土壤,通过室内冻融循环模拟和土壤直剪试验,分析了冻融作用和土壤性质对土壤抗剪强度的影响。结果表明:(1)经历1次冻融作用后BX和KS 2种供试土壤抗剪强度分别减小3.9%和9.2%,二者黏聚力分别减小15.2%和29.4%,内摩擦角分别减小1.4%和3.6%。经历7次冻融作用后,BX和KS2种供试土壤抗剪强度分别减小9.1%和15.1%,土壤黏聚力分别减小40.7%和74.5%,土壤容重分别减小6.7%和9.2%。受土壤有机质、水稳性团聚体、黏粒含量等的影响,KS土壤抗剪强度、黏聚力、内摩擦角和土壤容重的减小幅度皆大于BX供试土壤。(2)2种供试土壤抗剪强度皆随冻融循环次数的增加呈先逐渐减小后趋于稳定的变化趋势;第1次冻融循环对土壤抗剪强度破坏最大,经历1次冻融循环后2种土壤抗剪强度和黏聚力的减小量分别占7次冻融循环土壤抗剪强度和黏聚力总减小量的43.4%和61.0%,37.3%和39.4%。(3)土壤抗剪强度与土壤容重和团聚体平均重量直径(MWD)呈极显著的正相关,而与冻融循环次数呈极显著的负相关。     

土壤含水率与土壤碱度对土壤抗剪强度的影响

土壤含水率和土壤碱度是表征土壤物理化学性质的两个重要参数。通过室内三轴不固结不排水试验,研究了土壤含水率和土壤碱度对土壤抗剪强度的影响。试验处理采用5种土壤碱度(土壤可交换钠百分比ESP=0、5、10、20、40)和4种土壤质量含水率(0.05、0.10、0.20以及饱和含水率0.34)水平。试验结果显示,土壤黏聚力随着土壤含水率的增加基本上呈先增大后减小之趋势;当土壤含水率在0.10附近时黏聚力达到其最大值。土壤内摩擦角随着土壤含水率的增加而线性减小。土壤碱度对土壤黏聚力的影响机理较为复杂,其影响效果随土壤含水率的增加而减小;但土壤碱度对土壤内摩擦角的影响较小。土壤碱度对土壤抗剪强度的影响程度明显地小于土壤含水率对其的影响程度。     

土壤含水率对浅层滑坡体不同层次土壤抗剪强度的影响

采用5种土壤质量含水率(0.05,0.08,0.10,0.12,0.15)水平,进行浅层滑坡体不同层次土壤在不同含水率条件下的不固结不排水剪切试验.试验表明,浅层滑坡体不同层次土壤抗剪强度与土壤含水率密切相关.土壤含水率对浅层滑坡体A层、B层和C层土壤抗剪强度指标的影响呈现出相同的规律.A层、B层和C层土壤黏聚力均随着土壤含水率的增加基本呈先增大后减小的趋势,在土壤含水率为0.10左右时土壤黏聚力达到其最大值,在相同土壤含水率条件下,土壤黏聚力的分布规律为C层>B层>A层.A层、B层和C层土壤内摩擦角随着土壤含水率的增加近似呈线性减小,在相同土壤含水率条件下.土壤内摩擦角的分布规律为C层>B层>A层,但就随土壤含水率的增加,土壤内摩擦角减小的速率而言,呈现出B层>A层>C层的规律.消除和减轻地表水的危害是我国西南丘陵山地滑坡灾害防治的重要环节.     

土壤含水量对浅层滑坡区土体抗剪强度影响

通过对重庆缙云山一浅层滑坡区杉木和马尾松林地上土壤剖面原状土、过2mm筛后土壤的剪切试验,研究了土壤含水量对浅层滑坡区土体抗剪强度的影响。结果表明：原状土土壤断面抗剪强度随土壤天然含水量增大而减小,随土层加深而增大。土层越深,土壤含水量对土壤抗剪强度的影响越小。同一土壤在不同的含水量的条件下,随着含水量的增大,粘聚力C值和内摩擦角φ值均减小,并且土壤含水量对土壤粘聚力C值的影响程度大于对土壤内摩擦角φ值的影响程度。     

含水率对非饱和原状黄土强度的影响

黄土地区修建的路堤、河堤和土石坝等工程大都位于地下水位以上,呈非饱和状态,且其受力处于平面应变状态。采用TS-526真三轴仪改造的平面应变仪,对非饱和原状黄土在平面应变条件下进行了试验。试验结果表明,非饱和黄土的变形和强度随着含水率的变化呈显著变化,含水率越大,强度越小;土体的偏应力随着轴向变形的变化曲线皆为硬化或者强硬化型;但随着体积的变化土体的偏应力曲线出现明显的拐点;非饱和黄土的抗剪强度参数随含水率的增大而减小。含水率对工程的变形和强度影响比较大。     

桑树根系对紫色土土壤抗剪强度的影响

在重庆市忠县石宝镇选择桑树林地,每隔10 cm分层采集土壤样品,分离桑树根系与土壤,利用根系分析系统WinRHIZO分析根系的长度、体积和表面积等指标,同时测定紫色土土壤抗剪强度、紧实度、水分含量和容重等指标,利用逐步回归分析从形态学角度评价桑树根系对紫色土土壤抗剪强度的影响。结果表明:桑树根系根长密度总体上随土壤深度的增加而减少,中根及小根根体积密度随土壤深度的增加而增加,细根及极细根表面积密度则随土壤深度增加而减少;桑树林地土壤抗剪强度总体上随土壤深度的增加而增加,10—40 cm层林地土壤抗剪强度显著高于同层对照;紫色土土壤抗剪强度增加值主要来源于桑树平均根体积密度和土壤水分增加值的贡献,且前者是主要贡献者,桑树根系可以有效提高紫色土土壤抗剪强度。     

三种土壤改良剂对风沙土抗剪强度的影响

为探明不同土壤改良剂对风沙土力学特征的影响,采用羧甲基纤维素钠、磷石膏及生物炭三种改良剂添加到风沙土中,进行棉花盆栽实验,通过直剪法测定改良前后的土壤内聚力和内摩擦角,分析了两种土壤含水量条件下不同土壤改良剂添加风沙土的抗剪强度。结果表明:(1)无论含水量高低,经三种改良处理的风沙土内聚力均显著大于对照,三者大小关系呈羧甲基纤维素钠磷石膏生物炭,表明施用羧甲基纤维素钠对风沙土抗剪强度改良效果最佳;与对照相比,改良剂处理对内摩擦角影响未达到显著程度(P0.05)。(2)随土壤改良剂添加量的增加,土壤内聚力亦增大,且拟合效果较好,但内摩擦角变化不明显。(3)在同一添加量情况下,低水处理的风沙土内聚力和内摩擦角均大于高水处理,但处理间差异不显著(P0.05)。(4)土壤改良剂及含水量主要通过增大内聚力来提高土壤抗剪强度,但各因素间交互作用均对内聚力无显著影响。     

冻融时间和含水率对紫穗槐加筋黄土抗剪强度的影响

[目的]研究紫穗槐根系在不同含水率和不同融化时间对土体加固作用,为季冻区紫穗槐固土效应提供设计依据。[方法]以取自西宁市黄土为研究对象,用室内三轴试验方法研究紫穗槐根系根—土复合体的应力应变及强度特性,探讨在不同解冻时间和不同含水率下紫穗槐根—土复合体抗剪强度指标变化规律,并通过SEM电镜扫描试验从微观的角度评价紫穗槐根系的加固机理。[结果]紫穗槐根系在不同含水率时有不同的加筋情况,在低含水率和高含水率加筋作用更加明显;在冻融前后紫穗槐根系的加筋作用体现在当土体受到荷载作用时,紫穗槐根系会束缚土颗粒之间的移动,增大土颗粒之间的咬合以及增大根系和土颗粒之间的接触面,从而增大内摩擦角;通过电镜扫描试验可以看出,紫穗槐根系可以抑制土体中的裂隙产生与发展,从而增大土体的整体性。[结论]紫穗槐根系在不同地区均能起到加筋作用。不同含水率会存在不同的最佳含根量,紫穗槐根系的固土作用体现在增大土体的内摩擦角,增加土体的整体性。     

冻融作用对棕壤团聚体及其重金属镉赋存形态的影响

以重金属Cd为单一污染源的棕壤作为供试土壤,设定-10,-20,-30℃三个温度作为冻结温度,10℃作为融化温度进行土壤冻融循环试验。通过测定冻融作用后土壤团聚体粒径组成、土壤质量平均直径、土壤团聚体粒径中Cd的质量负载率以及赋存形态,研究冻融作用对棕壤团聚体稳定性及Cd在不同团聚体粒径中分布与赋存形态的影响。结果表明:(1)土壤经过冻融作用后,2mm的团聚体比例显著增加(P0.05),增加范围为38.4%~54.6%,土壤质量平均直径显著增加(P0.05);(2)经过冻融作用后,重金属Cd主要富集在2mm的团聚体粒径中,所占比例为51.2%~57.2%;(3)冻融作用使土壤及不同粒径团聚体中交换态Cd和有机结合态Cd含量显著降低(P0.05),铁锰氧化物结合态Cd和残渣态Cd含量显著增加(P0.05)。     

冻融循环对风沙土物理性质及抗冲性的影响试验

为揭示冻融循环对土壤物理性质及抗冲性的影响,以内蒙古坡耕地风沙土为研究对象,控制冻融循环次数(0~10次)和土壤质量含水量(6%,9%,12%)2个因素,在室内模拟野外冻融循环和径流冲刷过程,定量分析冻融循环对土壤含水量、容重、孔隙度及土壤抗冲性的影响规律。结果表明:(1)土壤含水量随冻融循环次数增加呈缓慢增加的趋势,增加幅度为0.51%~0.87%,且高含水量土壤增幅比低含水量土壤大;(2)随冻融循环次数的增加,土壤容重和孔隙度分别呈缓慢减小和增大趋势,且变化幅度逐渐降低,最后达到基本稳定的状态,达稳定状态后的土壤容重比未冻融土壤小(0.05±0.01)g/cm~3;(3)当冻融循环次数相同时,高含水量(12%)的土壤容重比低含水量(6%)小,而孔隙度和土壤抗冲性的降低幅度与之相反;(4)冻融循环次数对风沙土抗冲系数具有显著影响,试验土样抗冲性随冻融循环次数的增加呈显著降低趋势,但是第6次冻融循环后,试验土样的含水量、容重、孔隙度及抗冲性的变化均逐渐趋于稳定。研究结果可为季节性冻融区土壤侵蚀机理研究提供参考。     

冻融循环对五台山典型植被土壤微团聚体的影响

[目的]研究气候变化背景下季节性冻融对土壤微团聚体的作用,为影响林线附近土壤地球生物化学过程的相关研究提供参考。[方法]选择五台山林线附近3种典型植被:草甸、华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)和云杉(Picea meyeri)覆盖下的土壤,通过土柱野外原位培养,测定不同时期土壤各粒径微团聚体含量以及土壤分形维数(D)。[结果]在培养期内,3个样地的2～0.25mm和0.25～0.05mm团聚体含量变化趋势各不相同;0.05~0.02mm(先降后增再降),0.02～0.002mm(先降后增,华北落叶松样地除外),0.002mm(先增后降)团聚体含量变化趋势基本一致。在初冻期和融化期,季节性冻融导致3个样地土壤微团聚体含量发生显著变化(p0.05),深冻期无显著变化(p0.05)。生长季同样发生了土壤微团聚体含量的显著变化(p0.05)。不同样地植被组成的差别造成了土壤微团聚体含量差异显著(p0.05),体现在初冻期和融化期。季节性冻融期间,土壤微团聚体分形维数逐渐增加,而此时云杉样地土壤微团聚体分形维数最低;生长季期间,微团聚体分形维数逐渐降低,草甸样地土壤微团聚体分形维数最低,但在生长季末期,则是华北落叶松样地最低;但3个样地土壤微团聚体分形维数仅在生长季末期存在显著差异(p0.05),且培养期结束时的土壤分形维数与开始时无显著差异(p0.05)。[结论]季节性冻融对3个样地土壤微团聚体含量都具有显著影响,且3种植被下土壤结构对季节性冻融的响应也明显不同,主要发生在初冻期和融化期;在培养期内,虽在冻融作用下土壤微团聚体分形维数增加,但进入生长季后都逐渐减少至培养前水平,3个样地土壤结构性和团聚能力均呈周期性变化,具有一定的自我恢复能力。     

EN-1固化剂对4种土壤抗剪强度的影响

[目的]为了探讨离子固化剂路邦EN-1对黄土性土壤的固化性能。[方法]对(土娄)图土、风沙土、黄绵土、黄棕壤4种土在不同固化剂掺量、养护龄期的固化进行了直剪试验。[结果]路邦EN-1固化剂可以有效提高4种土壤的抗剪强度,特别是大幅度提高了(土娄)和黄棕壤的黏聚力。[结论]固化剂的掺量并非越大越好,掺入量过多反而会降低土壤的抗剪强度。掺量为0.01%,养护时间为28d时固化效果最佳。路邦EN-1固化剂适用于黏粒含量较大的土壤,不适用于砂粒含量较大的土壤。     

冻融条件下土壤侵蚀阻力影响因素

为揭示季节性冻融区土壤侵蚀阻力的变化机制,确定影响土壤侵蚀阻力主控因子,通过室内冻融模拟、水槽冲刷和土壤抗剪试验,对黄绵土(SM粉质壤土)、风沙土(WS砂壤土)和黑土(KS黏壤土)侵蚀阻力影响因素进行研究。结果表明：(1)随着冻融循环次数增加,细沟可蚀性值逐渐升高,而临界剪切力降低。经历10次冻融循环后,SM粉质壤土、WS砂壤土和KS黏壤土的细沟可蚀性分别增加76%,63%,11%,临界剪切力分别减小37%,13%,91%。(2)细沟可蚀性随土壤抗剪强度、黏聚力和内摩擦角增大而减小,临界剪切力则呈相反趋势。与内摩擦角相比,黏聚力更适合用来表征土壤侵蚀阻力。采用黏聚力对SM粉质壤土、WS砂壤土和KS黏壤土的细沟可蚀性进行预测,决定系数(R²)分别为0.42,0.78,0.50,平均为0.57;对临界剪切力的预测效果较差,决定系数(R²)分别为0.16,0.14,0.18,平均仅为0.16。(3)根据皮尔逊相关分析结果,基于土壤的初始含水率、冻融循环次数、力学特性以及土壤参数等分别建立细沟可蚀性(R²=0.85)和临界剪切力...     

周期性冻融对棕壤理化性质及Pb赋存形态的影响

为探究气候变化背景下周期性冻融对土壤性质及重金属的影响,采用模拟试验,探讨冻融频次对棕壤微团聚体、pH值、电导率(EC)、有机质(OM)、阳离子交换量(CEC)、PO^3-₄、酶活性以及Pb赋存形态的影响,分析了周期性冻融下Pb赋存形态与土壤理化性质间的相关性。结果表明:周期性冻融导致2～0.25 mm颗粒含量降低,0.25～0.05 mm颗粒含量增加,微团聚体稳定性被破坏。随着冻融频次的增加,棕壤pH值,EH,OM,CEC,URE活性升高,PO^3-₄,CAT活性降低。冻融频次增加时,弱酸提取态Pb含量增加(p<0.05),可还原态Pb含量先增后降,残渣态Pb含量先降后增,可氧化态Pb含量呈波动式; 弱酸提取态Pb与PO^3-₄呈显著负相关(p<0.05),残渣态Pb与PO^3-₄呈显著正相关(p<0.05),可还原态Pb与土壤pH值呈显著正相关(p<0.05),可氧化态Pb与土壤OM呈显著正相关(p<0.05)。综上,冻融会通过改变土壤的理化性质从而导致Pb生态毒性增强,从而在一定程度上增加了Pb对深层土壤及地下水的环境风险。     

盐生植物根系增强土体抗剪强度效应试验研究

以大柴旦盐湖区及其周边地区作为试验区,选取海韭菜、芦苇2种优势盐生植物作为供试种,通过对2种盐生植物根—土复合体试样和素土试样进行剪切试验,探讨了盐生植物根系对土体抗剪强度增强作用以及土体抗剪强度的影响因素。结果表明:2种植物根—土复合体试样粘聚力值为13.48~21.87kPa,不含根系素土试样粘聚力值为8.45kPa,与不含根系素土相比,根—土复合体的粘聚力值增长量为5.03~13.42kPa,其增长幅度为59.53%~158.82%;海韭菜根—土复合体试样粘聚力值大于芦苇,2种盐生植物根—土复合体试样粘聚力值与2种盐生植物在一定范围内的根系含量之间呈正相关关系,同时一定程度上表明了试验区2种植物根系增强土体强剪强度的机制表现为,在一定范围内根—土复合体中根系密度和数量愈高则其对土体抗剪强度增强程度相对愈显著,且海韭菜对土体粘聚力的增强作用显著大于芦苇。该研究成果对研究区以及与该区地质条件相类似的其他地区利用盐生植物增强土体抗剪强度,以实现有效地防治地表水土流失、浅层滑坡等地质灾害具有理论研究价值和实际指导意义。     

干湿循环对崩岗土体稳定性的影响

通过对湖北通城花岗岩崩岗区发育典型的各层次土体(淋溶层、淀积层、过渡层、母质层)进行干湿循环试验,分析干湿交替次数对各层次土体裂隙发育、崩解性、抗剪强度的影响。结果表明,在干湿循环影响下,土体产生并逐渐发育裂隙,在第2次循环后,土体产生主要裂隙,裂隙比显著增加,此后循环发育出细小裂隙。4次循环后4个层次土体的裂隙比表现为淀积层淋溶层过渡层母质层。随着干湿循环次数的增加,裂隙发育,各层次土体崩解性不断增强,淋溶层和淀积层崩解缓慢,而过渡层和母质层能够在极短时间内完全崩解;随着干湿循环次数的增加,土体的抗剪强度不断衰减,淋溶层和淀积层衰减幅度减小,过渡层和母质层衰减幅度增大。