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。     

模拟酸雨对红黏土抗剪性能影响的静态浸泡试验

[目的] 模拟酸雨对红黏土抗剪强度特征的影响,并结合酸雨侵蚀后红黏土的微结构,分析影响强度机理,为酸雨区的基础设施建设特别是路基边坡防护和保障基础设施安全运营提供理论和工程指导。[方法] 以云南省昆明市某路基边坡红黏土为研究对象,采用静态浸泡试验,用纯水和配置不同浓度的酸液对红黏土进行7,14和28 d的浸泡和侵蚀,然后采用直剪试验对红黏土的抗剪强度进行测定,同时采用电镜扫描和能谱分析对侵蚀以后土样的微观结构进行解析以此来开展侵蚀机理研究。[结果] ① 酸液对红黏土应力应变特征影响是明显的,特别是在高浓度酸液的侵蚀下,应力应变曲线变得不稳定,呈台阶上升状,具有应变硬化特征。② 受酸液的侵蚀影响,红黏土的抗剪强度最高降低率可达到70%(7 d)和80%(14 d),在pH值为0的高浓度酸液侵蚀28 d以后,抗剪强度仅有5 kPa左右,强度基本完全损失;同时在高浓度酸液侵蚀下,不论侵蚀多长时间,黏聚力都最低,仅为4.99,2.19,0.02 kPa。随着浸泡时间和酸液浓度的增加,红黏土的抗剪强度指标黏聚力和内摩擦角均逐渐降低,且酸液浓度对强度及其指标的影响更为显著。③ 酸液导致倍半氧化物减少,粒间黏结性和黏结力降低,内部孔隙增大结构疏松,含水率增大是红黏土抗剪强度和黏聚力降低的原因,而酸液使粒径整体减小是内摩擦角降低的主要原因。[结论] 酸雨对红黏土路基边坡红黏土强度影响明显,酸雨浓度比降雨时长对强度影响更为显著,在路基边坡稳定性的预测与防治及保障公路基础设施安全运营时应予以重视。     

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...     

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。     

安徽省南部第四纪红色粘土的成因

The particle-size distribution,heavy mineral constituents and rare earth elements(REE) characteristics of the Quaternary red clay of southern Anhui Province were studied to explore the origin of the clay.The results showed that the clay had some properties of areolian deposits,which could be compared with,those of the loess in North China ;and its chondrite-normalized curves of REE were similar to those of the Xiashu loess implying tha they shared the same orighin.It was concluded in combination with the results rported by other researchers that the Quaternary red clay of southern Anhui Province originated from aolian deposts, and this could reveal the cycles of warm and cold climates in the area during the Quaternary period.     

The oxidation of soil organic matter by KBrO for particle size determination

Abstract

The oxidation of soil humus by alkaline KBrO solution at boiling temperature has been shown to be successful even with samples as carbonaceous underwater soils. With these soils treatment with H₂O₂ produces a cohesive foam which prevents further oxidation.     

应用电超滤(EUF)对土壤供钾能力及其颗粒分级进行研究

The results from comparative study of the EUF-K values of four different soils and of their various particle fractions (< 2μm, 2-10μm and 10-50μm) showed that the EUF-K values were related to the composition of clay minerals and the soil particle size. The EUF-K values (0-35 min) were closely related to the amount of rapidly available K and part of non-exchangeable K of soils. Biological experiments proved that EUF technique was an effective method for evaluating soil K-supplying power.     

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。     

Beeinflusst Magnetit Wassergehaltsmessungen mit time domain reflectometry (TDR)?

Does magnetite have an influence on measurements of water contents by time domain reflectometry (TDR)? An experiment was carried out to investigate an assumed influence of magnetite on TDR pulses. Sand was enriched with three different magnetite concentrations and six different volumetric water contents. The results of this sand standard experiment showed that magnetite up to a concentration of 6% (w/w) has no distinct influence on TDR measurements. Significantly higher water contents measured by TDR in the treatment with 6% magnetite compared to those with 0, 0.5 and 2% magnetite can be explained by the effect of the heavy clay-size magnetite (<2 μm, ρ = 5.1 g cm⁻³) on soil texture and bulk density. This was confirmed by a comparative investigation of three sandy topsoils. Measurements with vertical vs horizonal TDR-probe position gave the same results.     

Determination of soil texture: Comparison of the sedimentation method and the laser‐diffraction analysis

Laser‐diffraction analysis (LDA) is a rapid automated method achieving highly resolved frequency distributions of particle sizes. Recently, LDA has come into use in environmental sciences. However, in the size range of silt and clay deviations from the particle‐size analysis with the standard pipette method, which is regarded as the reference method for soil‐texture classification, have been reported. Therefore, this study concentrates (1) on the verification of systematic relations between both methods using a series of soils of Lower Saxony (Germany) and (2) on the general applicability of the laser‐diffraction method to soil‐texture classification as well as (3) texture‐based estimates of air capacity, available field capacity, and permanent wilting point. The comparison of LDA with the pipette method demonstrated highly significant linear correlations in each of the particle‐size fractions from clay to coarse silt. The slope of regressions ranged from 0.4 with fine silt to 3.1 with clay. If the clay content derived from LDA was applied to texture classification, the resulting textural classes differed from the standard textural classes, except for purely sandy samples with a clay content of <5%. However, the linear‐regression model enabled an approach of the LDA‐based clay content to values produced with the standard pipette method. Using this transformation, a texture classification became practicable in many cases, but, despite of a high significance level between LDA and pipette method, still led to wrong textural classes in several cases. A comparison with regression models from other regions in Europe showed both similarities and discrepancies, even for similar substrates. Hence, the laser‐diffraction analysis cannot be used for the texture classification of soil samples without verification by the standard pipette method.     

上覆蓄水陶土层对黄土高原土壤水分入渗与蒸发的影响

为探究蓄水陶土持水能力及改良黄土高原土壤水分运移特性,进行了蓄水陶土持水特性试验及室内上覆蓄水陶土层的土柱入渗和蒸发试验。蓄水陶土设置3个粒径水平(20~30,5,2 mm),土柱试验上覆蓄水陶土层厚5 cm,并以不覆盖蓄水陶土的处理为对照(CK)。结果表明:室温15 ℃下,3种粒径的蓄水陶土40 s内均能达到饱和,且蓄水陶土吸水倍率介于30%~90%,同时释水速率较为缓慢,蓄水陶土持水性较好;就土柱入渗而言,不同粒径的蓄水陶土均显著促进土壤湿润锋运移距离,累积入渗量较CK处理增加40%~60%,且随粒径的增大而增大;在土柱蒸发方面,连续蒸发7天时,不同粒径蓄水陶土均在不同程度上抑制土壤蒸发,且粒径为5 mm时的效果最明显,其累积蒸发量比CK减小67.23%;上覆蓄水陶土层可减少土壤水分散失,上覆不同粒径蓄水陶土的土柱,在10—25 cm土层内的土壤含水率较CK可提高4~5倍。综合考虑土壤入渗及蒸发过程,上覆蓄水陶土的粒径为5 mm时效果最佳。研究结果能够为构建提高黄土高原坡面渗蓄能力的方法提供理论依据。     

南昌不同城市化强度土壤粒度组成和分形特征及其影响因素

为探究南昌城市化强度对土壤粒度组成与分形特征的影响,将南昌市建成区按不透水面面积占比区分城市化强度等级取样调查（184个样方）,测定土壤粒度组成、理化性质及植被指标,通过土壤颗粒体积分形维数模型计算分形维数值。结果显示：①南昌城市土壤颗粒以粉粒（46~59%）和砂粒（40~53%）为主,高城市化导致土壤中砂粒含量增加,粉粒含量减少。②南昌城市土壤分形维数的变化范围为2.69~2.97,随城市化强度增加呈下降趋势。土壤粉粒与分形维数正相关,砂粒与之相反,粉粒对土壤分形维数的影响最大。③皮尔森相关分析与结构方程模型分析结果共同表明：丰富的地上植被能够减少土壤颗粒的流失,改善土壤物理性质,缓解土壤退化;城市绿地中粉粒、极细砂粒等粒径适中的土壤颗粒保水、保肥更佳,更能反映土壤的质量水平。