砾石对石灰土表面干缩裂隙发育特征的影响

[目的]研究砾石粒径及含量对石灰土表面干缩裂隙发育特征的影响,为探索喀斯特地区的水土流失机理提供参考依据。[方法]通过室内模拟试验和数字图像处理技术,研究了砾石粒径(2.0～5.0 mm和5.0～12.5 mm)和砾石含量(0%,10%,20%,30%,40%)条件下的石灰土表面干缩裂隙特征。[结果]①无砾石石灰土平均表面裂隙率仅为3.03%,含砾石石灰土具有更大的表面裂隙率,在大粒径(5.0～12.5 mm)高含量(40%)条件下,表面裂隙率最大,达到8.66%;②当砾石含量增加时,裂隙的形态变得细小且密集,小粒径砾石会使裂隙网络更复杂;③大粒径(5.0～12.5 mm)条件下的土壤表面裂隙率与砾石含量成正线性相关,而小粒径(2.0～5.0 mm)条件下的裂隙率与砾石含量成负线性相关;④砾石会成为裂隙发育的基点,每个砾石颗粒周围都有可能产生围绕砾石或是向外延伸的裂隙。且在砾石形态的棱角处,容易产生向外延伸的裂隙。[结论]石灰土中存在砾石会导致表面裂隙率提高,弱化土体的抗侵蚀能力,是石漠化治理不容忽视的问题。     

湖南邵阳地区高液限红黏土干缩裂隙演化过程的量化分析

红黏土对环境湿度变化非常敏感,在干燥环境中极易开裂,纵横交错的裂缝网络损害了土壤结构的完整性,很容易诱发红黏土边坡失稳和崩塌,导致农田水利设施的破坏,甚至加剧整个生态环境的水旱灾害。为探究红黏土裂隙的演化规律,该研究采用自制试验装置和三维应变测量系统开展了自然湿热条件下的红黏土泥浆样干燥试验,通过采集土体水分和土表位移、应变和裂隙的变化,定量分析脱湿过程中土体表面裂隙形态和应变场的演变特征,并进一步探讨水分变化对裂隙形态和应变场的影响。结果表明：1）土样表面干缩裂隙的演化一共经历了6个阶段,后阶段裂隙分割前阶段裂隙围成的区域,且不同阶段裂隙的交叉角接近90o;2）裂隙产生初始,裂隙尖端处拉应变约为0.5%,土表面大部分区域处于受拉状态;随着裂隙进一步发展,裂隙周边土体逐渐由拉应变状态向压应变状态转变;当所有裂隙发育完成,裂隙周边土体处于压应变状态;3）裂隙演化阶段与界限含水率有关,当泥浆土样的含水率接近液限时（67.7%）,土体表面裂隙开始发育,裂隙迅速张开和延伸;当土的含水率达到塑限时（28.3%）,裂隙发展的速率逐渐变缓;当含水率小于缩限时（18.8%）,裂隙变化已经很小,裂隙发育接近完成;4）在裂隙演化过程中,早期裂隙的发展持续时间和裂隙宽度均超过后期裂隙;土表不同位置的位移和应变均不相同,土块中心竖向收缩大于边缘竖向收缩,而土块中心位移及应变均小于土块边缘,研究可为红黏土开裂引发的工程地质灾害的预防及治理提供参考。     

土体干缩开裂影响水分入渗和坡面产流的研究进展

以Web of Science核心合集2008—2021年数据和CNKI数据库1936—2021年数据为基础,通过综合分析土体干缩裂隙的发育过程、干缩裂隙对土壤结构影响的研究进展,总结了土体干缩开裂对土壤水分入渗和坡面产流的作用,以期为理解气候变化对土壤水分入渗、坡面产流及土壤侵蚀的影响提供参考。     

温度对崩壁红土层土壤干缩裂隙形态影响的定量研究

  目的  探究干燥温度对土壤水分的蒸发速率及其崩壁土壤干缩裂隙的发育过程的影响,为准确认识崩壁土壤裂隙的形态及其对揭示崩岗的发展过程提供理论依据。  方法  研究选取典型崩岗区崩壁的红土层土壤,模拟干缩裂隙发育过程,通过图像处理技术,定量分析裂隙表面参数,探讨温度对崩壁红土层土壤裂隙发育的影响。  结果  温度降低,土壤水分蒸发速率下降,裂隙面积和裂隙总长度增大,裂隙率提高,同时块区面积降低,块区个数以及裂隙条数、节点数显著增加,整个土体呈现出越发破碎的状态。由于裂隙条数的显著增加,低温状态下（40 ℃）裂隙的平均长度小于高温条件（80 ℃）的试样,即低温条件较高温条件土壤裂隙发育数量更多,平均长度更小;土壤裂隙的平均宽度随温度升高呈现增大的趋势;分形维数随着温度的降低呈现增大的趋势。黏粒含量显著影响土壤干缩裂隙发育的温度效应。  结论  在较低温度条件下,崩壁红土层表层土壤水分蒸发时间长,裂隙发育过程更缓慢,但发育程度高,裂隙结构更复杂。     

外源添加物对土壤干缩裂缝特征的影响

为研究外源添加物对土壤干缩裂缝特征的影响,选取水田、旱田、林地3种土地利用方式,添加生石灰(1 g/kg)、黄腐酸(10 g/kg)、鱼塘底泥(250 g/kg)、生物炭(15 g/kg)4种外源添加物,进行土壤干燥收缩试验。结果表明：除生石灰外,不同土壤外源添加物处理下各用地类型土壤干燥收缩裂缝特征变化趋势非常一致,裂缝面密度、长密度、平均宽度均呈现耕作层水田>旱田>林地、犁底层水田>林地>旱田。生石灰对土壤干燥收缩裂缝特征无显著影响;黄腐酸使土壤干缩裂缝面密度、裂缝平均宽度增加,但对土壤干缩裂缝长密度无显著影响;鱼塘底泥使土壤裂缝面密度、长密度增加,但对干缩裂缝平均宽度无影响;生物炭使土壤裂缝面密度、裂缝平均宽度降低,但使裂缝长密度增加。相对于空白对照,不同外源添加物对于土壤裂缝面密度影响程度表现为耕作层鱼塘底泥>生物炭>黄腐酸>生石灰、犁底层黄腐酸>鱼塘底泥>生物炭>生石灰;对于裂缝长密度影响程度表现为耕作层生物炭>鱼塘底泥>生石灰>黄腐酸、犁底层生物炭>鱼塘底泥>黄腐酸>生石灰。外源...     

土壤干缩开裂三维模型构建及其参数敏感性分析

为揭示农田土壤干缩裂隙沿深度方向的发展规律及形成机理,该研究改进了Vogel提出的Hookean弹簧模型,通过构建由节点组成的三棱柱状网格结构,并考虑重力的影响,建立了可以模拟裂隙深度的三维农田土壤干缩开裂模型,分析了纵向弹性系数（与土壤沿深度的弹性有关）对模拟裂隙深度的影响,通过Minkowski密度（即面积密度、长度密度和欧拉数密度）量化分析裂隙形态。结果表明：试验与模拟裂隙图像的面积、长度、欧拉数密度及裂隙深度频率的决定系数在0.849～0.959之间,一致性指标在0.965～0.988之间,偏差在0.103～0.189之间,均方根误差在0.005～0.083之间,说明改进后的三维模型达到率定要求,该三维物理模型可以模拟出裂隙沿深度的拓展情况,模拟的表层裂隙形态特征符合自然裂隙的发育规律。敏感性分析中,纵向弹性系数越小,裂隙沿深度方向发育的趋势越明显,深裂缝（土深5～10 cm）的占比越大。研究可为模拟农田土壤裂隙沿纵向的发育和形成提供算法参考。     

泥沙粒度组成对浑水间歇入渗特性的影响研究

利用大田浑水间歇入渗试验资料,探讨了浑水间歇入渗特性及其减渗效果;研究了不同泥沙粒度组成对浑水连续和间歇入渗规律的影响;在此基础上,提出了泥沙粒度组成对浑水入渗的影响主要取决小于０．０１ｍｍ的物理性粘粒含量,且用物理性粘粒含量能较好反映浑水泥沙粒度组成对浑水入渗的影响     

红黏土边坡香根草根土复合体的强度特性

[目的]针对植物护坡效应,探究香根草根系的力学特性及其根土复合体强度特征影响因素,为植物护坡工程设计提供参考依据.[方法]利用模型箱模拟红黏土填筑边坡进行香根草种植,利用根系拉拔试验和原状根土复合体直剪试验等室内试验,研究香根草的力学性能及根土复合体强度特征的影响因素.通过对试验结果进行拟合分析及Spearman相关性...     

玉米和大豆根系对滇中地区坡耕地红黏土抗剪强度的影响

水土流失是限制山区坡耕地持续利用的主要问题。为探讨农作物根系固土机理,采用无侧限压缩试验测定了素土、玉米和大豆成熟期根土复合体的抗剪强度和应力应变特性,WinRHIZO(Pro.2019)根系分析系统测定了根系构型特征,分析了根土复合体力学特性与根系特征参数间的关系。结果表明：（1）玉米和大豆根系能显著增强土体抗剪强度（P<0.01）,其根土复合体强度相对素土分别提高了117.65%和71.91%;(2)两种农作物根土复合体黏聚力c与根长密度、根表面积密度、根体积密度、根重密度均呈极显著正相关（P<0.01）,其中D≤1mm细根对黏聚力增量Δc的贡献大于其他径级根系;（3）根系构型性状中,玉米根分支数高于大豆45.44%且各径级根系分布更均匀,其根土复合体随含根量的增加,在破坏时表现出弱应变硬化特征且裂缝拓展变缓,侧向变形减小。综上农作物根系均能增强土体抗剪强度,但根系结构类型不同则对土体力学特性的影响不同,细根和分支数较多的玉米根系更能有效增强土体强度和约束变形,因此须根系玉米对表层土体的固持能力优于直根系大豆。坡耕地利用中,可以通过合理布局须根系农作物来防治水土流失。     

地面覆盖条件下雨强和坡度对红黏土坡面侵蚀过程的影响

为揭示地面覆盖条件下第四纪红黏土坡面在不同雨强和坡度时的侵蚀变化规律,选取3个降雨强度(1.0,1.5,2.0 mm/min)和3个坡度(10°,15°,20°),通过人工模拟降雨试验,分析坡面产流、产沙、入渗特征,并以15°为例计算覆盖坡面的减流减沙效益。结果表明:(1)坡面产流时间随雨强和坡度增加而提前,覆盖对产流时间有明显的滞后作用,雨强的增加会削弱覆盖延缓产流的作用;坡面径流率呈现前期增长,后期趋于稳定的变化特征;(2)当坡度一定,雨强从1.0 mm/min增加至2.0 mm/min,累积侵蚀量增加1.89～2.96倍;雨强一定,坡度从10°增加至20°,累积侵蚀量增加1.91～3.45倍;(3)坡面初始入渗率和入渗总量随坡度的增加而减小,而雨强的增大会增加坡面初始入渗率,减少入渗总量;(4)15°条件下覆盖坡面的径流量和泥沙量较裸坡平均减少50.26%和95.31%,松针覆盖的水土保持效益显著,且减沙效应大于减流效应;(5)坡度对覆盖坡面累积产流量和累积产沙量的影响程度大于雨强,不同雨强、坡度下累积径流量与累积产沙量呈现幂函数关系(R~20.97)。研究结果可为南方红壤丘陵区林下水土流失治理与生态恢复提供参考。     

土壤粒度对土霉素在黑土和红壤上吸附的影响

为了探明土壤粒度对土霉素在土壤上吸附的影响,以性质差异显著的黑土和红壤为供试土壤,采用批量平衡法,研究了土霉素在不同粒度的2种土壤上的吸附行为。结果表明：（1）土霉素在不同粒度土壤上的吸附均分为快吸附和慢吸附2个过程,土壤类型和不同粒度的同种土壤对土霉素吸附速率存在差异,Elovich模型、双常数模型对动力学吸附过程拟合效果最好;（2）3种等温吸附方程模型都可以较好地拟合研磨度不同的2种土壤对土霉素的吸附,相关系数（R^2）在0.954～0.999之间,吸附参数kd、kf在2种土壤上均随着粒度的减小而增大。因此,在研究土霉素等四环素类抗生素在土壤上的吸附时选择合适的土壤粒度非常重要。     

模拟降雨下覆沙坡面侵蚀颗粒特征研究

风水交错侵蚀是风蚀水蚀交错区土壤侵蚀的主要形式,研究风水交错侵蚀对土壤颗粒的影响对于进一步研究风水交错侵蚀耦合机制及其对环境的影响有重要意义。采用人工模拟降雨试验,研究不同雨强和覆沙厚度及长度)条件下覆沙坡面侵蚀泥沙颗粒的变化特征。结果表明:不同降雨条件下侵蚀泥沙颗粒中粉粒和砂粒的含量较高,分别达到了48.86%、42.77%;坡面覆沙后,侵蚀泥沙中以粗颗粒居多,以黄土作为供试土壤,表层覆盖沙物质以后,仅有黏粒的富集率大于1;侵蚀泥沙的分形维数随着覆沙厚度和长度的增大而减小,d50则随着覆沙厚度和长度的增大而增大;覆沙厚度和长度对分形维数和d50的影响大于雨强。     

额济纳盆地戈壁纵剖面沉积物粒度参数分析

以额济纳荒漠戈壁为研究对象,通过野外实地调查与室内实验相结合的方法,采用平均粒径、分选系数、偏度、峰度等粒度参数对戈壁纵剖面沉积物粒度特征进行了分析。研究表明:在纵剖面,除冲积扇上部外,其余采样点均沿垂直方向从上至下沉积物粒度组成由石块变为砂粒;除冲积扇上部外,颗粒平均粒径沿垂直方向呈细化趋势,平均粒径由粗变细;戈壁不同剖面层沉积物颗粒分选系数整体呈分选差或较差,仅东居延海岸边浅滩和东居延海湖岸分选较好或中等;偏度除冲积扇上部呈负偏、极负偏外,其他各点偏度沿垂直方向由上至下趋于近对称、正偏分布;在冲积扇上部和中部,峰态以宽平为主,在冲积扇下部到东居沿海湖岸沉积物沿垂直方向由下至上峰态由宽平、很宽平变成尖窄分布。总之,戈壁纵剖面沉积物的粒度特征整体呈平均粒径由粗变细,分选差或较差,偏度呈近对称、正偏分布,峰态宽平的特点,反映了不同层次颗粒的沉积环境、地貌特征、侵蚀与堆积方式,可为戈壁类型划分提供依据。     

黄土剖面土壤颗粒组成对土壤含水量的影响

土壤水资源是影响黄土高原土地利用和生态建设的重要因子,而土壤颗粒组成又是影响黄土高原土壤含水量的重要因素之一.为了分析黄土丘陵半干旱区深层剖面土壤颗粒组成对土壤含水量的影响.选择陕北绥德县境内的人工柠条林地和农地为研究对象,测定0-18 m土壤含水量及颗粒组成,分析深层土壤含水量与颗粒组成的关系.结果表明,人工柠条林耗水深度以下、农地3 m以下的土壤含水量主要受黏粒含量的影响,且土壤含水量与黏粒含量之间呈极显著的对数关系.人工柠条林在其耗水深度内,颗粒组成对含水量的影响不显著.     

激光粒度仪测量风成堆积物粒度的实验研究

中国北方第四纪风成堆积物的粒度是研究古气候与古环境的一个重要代用指标。粒度测量结果受到前处理方法的深刻影响。在黄土高原西部从北往南5个具有代表性的黄土剖面采集样品25块，对每个样品用不同的前处理方法处理后，用激光粒度仪进行测量。结果显示不同的前处理方法对黄土粒度测量结果会产生很大的影响。原始样品经过超声波振荡和加（NaPO3）6分散剂后，颗粒明显分散变细。在单独加入H2O2除去有机质和加入的HCl除去碳酸盐后，粒度也明显变细，而且南部的样品的差异比北部的要大。在黄土高原北部，石膏对粒度测量的影响较小。     

第四纪红粘土区侵蚀土壤退化机理研究

土壤退化过程总是从环境劣化开始,进而使土壤剖面形态毁损和土质变坏,并逐步使自然肥力消失。土壤环境的劣化表现为植被衰败,从常绿阔叶林→针阔叶混交林→稀疏马尾松和草灌→裸地,与此同时,土壤剖面形态从具有完整发生层A－B－C构型,逐步形成仅有B－C构型,最后仅剩C层,土质的变坏表现为止内的板实,表层抗冲、抗蚀性能减弱。土壤物质的流失,贮水能力的下降,有效水容量降低和土壤养分元素的流失等。从中可以看到,土镶退化中最主要的是土壤贮水性能下降和养分元素的明显流失两条。因此,土壤反退化亦应从这两方面着手。     

渭河河床沉积物颗粒组成对渗透系数的影响

正确认识河流沉积物颗粒组成与渗透系数之间的关系,对于准确测算河床渗透系数具有重要的意义。以渭河关中段为研究对象,采用水头下降竖管渗透实验法对渭河关中段4个河段的43个点位做渗透系数的原位测定,获取各点位的垂向渗透系数(Kv)值。对测定点的沉积物样品进行了粒度分析,并进一步分析了Kv与沉积物颗粒组成之间的相关关系。结果表明,垂向渗透系数与其沉积物的含砂量以及砂土与黏土含量比值均呈指数正相关,与黏土率呈指数负相关。研究获得的垂向渗透系数与沉积物颗粒组成的拟合方程为通过颗粒分析计算垂向渗透系数提供了依据。     

咸阳市区街道灰尘粒度特征分析

对2008年4月咸阳市区采集的街道灰尘样品进行了粒度分析.结果表明,咸阳市街道灰尘粒度呈双峰分布特征,第一众数为35～75μm,第二众数为280～500μm,平均粒径为80μm;峰态较宽而且比较对称,分选性较好,与黄土和现代尘暴降尘的粒度分布模式相似.街道灰尘样品粒度由北西至南东无明显规律变化.街道灰尘沉积是由于大气环流对远、近不同距离粗细颗粒物的混合搬运的结果,应是风积作用的继续.在适当的大气动力条件下,咸阳市街道灰尘颗粒大约有56.7%可以进入大气悬浮搬运.