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...     

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。     

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。     

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。     

雨滴粒径的测量方法及其改进研究

18世纪以来 ,人们探索出了许多观测雨滴粒径的方法 ,其中滤纸色斑法操作简便、成本低廉 ,至今仍被广泛应用 ,但传统的数据处理方式不仅工作冗繁 ,而且存在较大误差。实践表明 ,运用AutoCAD软件描绘雨滴色斑图案并计算色斑面积 ,进而运用Excel软件换算出雨滴粒径 ,可大大减少工作量并提高雨滴测量精度。推荐了一种由作者自行设计的雨滴取样器。     

喀斯特山区红黏土在石漠化过程中的侵蚀与堆积记录——以乌蒙山脉麻窝山流域为例

以乌蒙山脉西陲重度石漠化盆地型喀斯特地区麻窝山为例,分别对侵蚀区和堆积区红黏土的粒径和主量元素特征进行了分析,研究了喀斯特山区红黏土在石漠化过程中的地球化学特征及环境响应。结果表明:在石漠化过程中,堆积区红黏土继承了侵蚀区红黏土的理化特征;堆积区与侵蚀区相比,前者红黏土的粒度较小,组分相对稳定,风化程度较高;差异侵蚀引起侵蚀区红黏土含量有较大波动,冲积和洪积作用使堆积区红黏土充分混合,其含量较为均一;短时间尺度内侵蚀区和堆积区风化程度没有明显变化;人类活动影响导致堆积区土壤中K2O、MnO等发生异常,是石漠化过程中引起环境表生地球化学变化的主要原因。     

黄土旱塬施肥对土壤颗粒组成及其有效磷富集的影响研究

通过田间试验与室内分析相结合的方法研究长期不同施肥处理下土壤颗粒组成及其有效磷富集。结果表明,各施肥处理土壤颗粒组成都呈现颗粒愈小比例愈高的规律,而不同施肥处理对同一粒径颗粒含量又有一定的影响。在单施磷肥(P)的基础上,配施氮肥、有机肥(NP、PM、NPM)有利于增加<0.25mm颗粒的比例,以NPM处理最为明显。长期施用有机肥改善了土壤颗粒中有效磷水平,但也提高了土壤颗粒有效磷中水溶性磷的比例。土壤中的有效磷(包括速效磷、水溶性磷)主要富集在<2mm粒径的土壤颗粒中,<0.25mm的土壤颗粒中有效磷富集率最高。氮磷配施(NP)、氮磷有机肥配施(NPM)有利于增加<0.25mm颗粒中土壤有效磷的富集,PM处理更促进土壤有效磷在0.25～2mm粒径中富集。     

第四纪红黏土区退化马尾松皆伐迹地短期恢复效果研究

以退化马尾松皆伐迹地表层(0-20 cm)土壤为对象,通过临近设置样地的方法,分别从理化性质、酶活性和微生物学性质对3种乡土植被(灌木丛、芒萁和白茅)的短期恢复效果进行研究。结果表明,白茅可明显提高皆伐迹地土壤理化性质,特别是土壤中磷、钾含量,但3种植被对土壤酸化改良效果均不明显。各恢复措施均不同程度提高了土壤生化强度,其中灌木丛和芒萁效果较明显,但白茅可提供较高质量的有机质而有利于有机碳积累,从而可能改善微生物区系。因此,白茅可作为研究区退化马尾松皆伐迹地土壤改良的选择性植被,而芒萁不宜长期种植。     

土壤透气性及粘土颗粒比表面积与粘土颗粒粒度分布分形维数关系

采用数字显微系统测定了部分华南地区土壤中粘土颗粒粒径分布分形维数值,提出了土壤中粘土颗粒群粒度分布分形维数的几何法计算模型,并就这种分形维数与土壤比表面积和土壤透气性等性质的相互关系作了初步探讨。结果表明,采用数字显微系统测定的粘土颗粒粒径分布分形维数值介于2.2708到2.9483之间,与常规方法测定结果吻合;含砂较多的土壤样品,BET比表面积和Blaine透气时间随粒度分布分形维数值增大而减小;含粘粒较多的土壤样品,BET比表面积和Blaine透气时间同随粒度分布分形维数值增大而增大。     

红壤及其同源红壤性水稻土各粒级磁化率分布规律的研究

红壤经水耕熟化作用后各粒级磁化率大幅度下降，粒级间磁化率差异变小，分布曲线趋于平缓。母质对各粒级磁化率的分布曲线的形状影响颇大。铁子、假砂和铁质岩屑之含量决定着粗砂粒级（０．２５～１ｍｍ）的磁化率大小     

尼龙网方格沙障的风沙流颗粒分布特征

为了探讨塔克拉玛干沙漠腹地风沙流结构特征及尼龙网方格沙障对风沙流颗粒的分异作用,于2015年4月—2015年6月,选取裸沙地和沙障2种下垫面,利用集沙仪对地表风沙流进行观测,分析了尼龙网沙障对风沙流结构和沙粒粒径分布的分异过程。结果表明:(1)风沙流结构在裸沙地符合指数分布(y=321.025e-10.16x,R2=0.94),在沙障前部和中部分别表现出象鼻效应特征和近似于倒置的象鼻;沙障的设置,明显减少了近地面(0~42cm)的输沙量。(2)在裸沙地,极细沙和粗粉沙输沙量在垂向分布上符合指数递减规律;极细粉沙、细粉沙和中粉沙的输沙量在下段呈指数递增分布,在上段呈指数递减分布,经过沙障后,近地面约0~32cm高度范围内沙粒的输沙量垂向分布特征发生了显著变化。(3)沙障的设置不仅改变了风沙流的水平分布,也改变了不同粒径沙粒的水平分布,其中细沙的水平分布变化最显著。     

不同尺度下低山茶园土壤颗粒组成空间变异性特征

利用地统计学方法,在两个尺度下对蘩顶山茶园土壤颗粒组成的空间变异性进行了研究。结果表明：（1）小尺度下土壤颗粒组成各粒级均具有强烈的空间相关性．其中粘粒的空间相关距最大．粗粉粒的空间相关距最小;土壤颗粒组成各粒级主要在东、东南和东北3个方向上具有较强的空间变异,除砂粒外的其它颗粒均在东南方向空间变异明显;各粒级的空间分布没有明显的规律可寻。（2）微尺度下只有粘粒具有强烈的空间相关性,砂粒具有中等空间相关性,其余粒级空间相关性很弱,粘粒空间相关距最小;除砂粒外的其它粒级在东南方向具有明显的空间变异,砂粒在各方向上的空间变异都较弱;除中／细粉粒外的其它粒级在西北-东南方向有明显的变化层次。（3）坡度和坡长等微地形及茶园横坡种植的植被覆盖方式是影响土壤颗粒空间分布的主要因子。