基于三轴剪切试验的原状黄土结构性研究

利用常规三轴剪切试验对陕西杨凌原状黄土的结构性进行研究。基于邓肯-张双曲线模型,对邵生俊提出的结构性参数进行改造,这样就避免了计算时人工插值求参数的繁琐和不准确性,以及克服了该公式在ε1=0和ε1=15%时没有意义的缺点。然后以此改造后的结构性参数为基础分析围压和含水率对黄土结构性的影响。结果表明:非饱和原状黄土的结构性参数随应变增大先降低后趋于稳定。在相同的含水率下,围压越小,结构性参数越大;在相同的围压下,含水率越低,结构性参数越大。最后,在原状黄土的应力应变关系中引入结构性参数后该曲线表现出了较好的归一性,说明了此结构性参数的合理性和可靠性。     

黄土中渗流水潜蚀特征研究

通过室内渗流槽模拟黄土渗流入渗试验,结合现代黄土自然堆积状态下非饱和均质特征,以黄土结构性参数和几何分形维数D为指标,研究了黄土中渗流水的潜蚀作用。结果表明,地表水渗流改造后,黄土结构性参数和几何分形维数随着渗流锋推移深度的增加而逐渐增大;渗流湿润锋几何分形维数变化越快,土体结构受到的破坏、瓦解、重塑作用就越强烈;渗流曲线与地下水浸润曲线靠近时,存在明显的尖点接触现象,进而产生潜蚀破坏,形成黄土暗穴。     

改性材料固化黄土的微观机理研究

针对传统改性材料粉煤灰、新型改性材料纳米粘土和纳米硅溶胶,进行改性黄土的激光粒度分析、电镜扫描分析、工业CT扫描分析和BET比表面积分析实验,从微观角度探讨改性材料对黄土结构、孔隙及比表面积等方面的影响.结果表明:随着3种改性材料的掺量由1％、3％到7％,黄土颗粒间的填充物明显增多,架空孔隙逐渐减少;掺量为7％的3种改性黄土孔隙率的降低率依次为10.99％,15.10％和30.84％,黄土比表面积的增加率依次为15.02％,46.15％和68.22％.通过孔隙数量及体积分布可知,这是因为改性材料将黄土中的大中孔隙转化为比表面积更大的小孔隙.添加纳米粘土的黄土颗粒的表面及边缘更为粗糙多孔,且纳米粘土对于黄土中占大多数体积的中孔隙的填充作用较强.研究结果为后续污染物在改性黄土中的吸附及迁移规律的研究奠定了基础,为黄土地基改性处理技术的发展提供了理论依据.     

不同土壤入渗模型参数多元非线性预测模型的精度对比分析

为了对不同土壤入渗模型参数多元非线性预测模型的精度进行对比分析,基于区域性黄土田间耕作土壤水分入渗实测资料,分别对Kostiakov、Kostiakov-Lewis以及Philip入渗模型的参数建立了以土壤体积含水率、干密度,黏粒、粉粒和有机质含量等土壤基本理化参数为输入变量的多元非线性传输函数,并进行了精度分析和比较。结果表明:Kostiakov入渗的二参数模型参数的平均误差在9%以下,预测精度明显高于Kostiakov-Lewis三参数入渗模型参数10.78%和Philip入渗模型参数11.72%。因此,推荐形式简单且预测精度高的二参数模型参数多元非线性预测模型为土壤入渗模型参数预测模型。     

原状黄土土壤水分特征曲线预测模型优选

为了省时、省力、精度高的获取土壤水分特征曲线,以黄土高原区6种质地241个田间原状黄土土壤为研究对象,利用HYPROP仪器测定了原状黄土土壤水分特征曲线,应用Hyprop Fit软件中的不同模型对实测所得土壤水分特征曲线进行拟合,确定各土样的土壤水分特征曲线模型参数,并通过模型计算出实测土壤吸力所对应的含水率,与实测值进行比较。最终选择Frelund-Xing模型作为原状黄土土壤水分特征曲线的最优预测模型。     

考虑地区差异性的饱和黄土三轴渗透试验研究

影响饱和黄土渗透系数的因素很多,除了与其自身的孔隙比、干密度、颗粒级配等因素有关外,还与地区之间的差异性有直接的关系。不同地区黄土的化学成分和所含矿物质含量都有差异。本文在室内三轴渗透试验的基础上,分析了典型地区饱和黄土的渗透性差异。通过研究并认识到：饱和黄土的渗透系数随围压和干密度的增加而减小;重塑黄土制样所形成的层理结构促使了饱和黄土的渗透进程;饱和黄土的渗透系数自北向南,自西向东呈减小趋势。     

固化黄土性能的试验研究

通过掺加常用土壤固化剂和水泥的黄土固化试验研究,分析比较了固化黄土的物理力学性能,试验分析结果表明:土壤固化剂对黄土固化效果比水泥要好;其中WH型液态固化剂性能最优,可达到混凝土W3的抗渗等级,可用于黄土地区灌溉渠道的抗冻防渗和加固处理。     

水土保持与生态恢复模式在黄土丘陵地区的应用

在黄土丘陵地区,土壤侵蚀和水土流失是最严重的生态问题,水土保持和生态恢复是生态修复解决的最佳方案。从黄土丘陵地区水土流失成因和水土保持特点、意义等方面分析了水土保持和生态恢复建设模式在黄土丘陵地区的具体应用。      

节理对黄土破坏形态和力学性质的影响研究

黄土是一种具有多孔性和含有节理的土,节理的存在肯定会影响其力学性质。利用颗粒流软件,在Q3马兰黄土颗粒分析试验和物理力学实验结果的基础上,实现了黄土虚拟单轴压缩试验。在此基础上,设计了无节理和含30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°节理等8种计算方案,经计算,分析了节理对黄土的破裂形态、裂纹数量、能量演化和应力应变曲线的影响,发现：节理角度接近黄土的剪切破裂角时,优势破裂面最明显,裂纹数量相对较低。破坏所需应变能较低,破坏最容易发生,此时承载性能最低。在实际工程中要避免黄土工程的坡面与剪切破裂角、节理面倾向成顺坡向夹角。     

动扭剪荷载条件下黄土动强度特性试验研究

在各地区地震频繁发生,黄土地基安全问题严重威胁各项工程建设的情况下,本文利用动扭剪仪,通过对不同地区(兰州、洛川、杨凌、巩义)黄土的动强度特性的研究表明:各地区黄土动强度特性大小顺序分别为杨凌黄土>巩义黄土>洛川黄土>兰州黄土,地理空间分布上有一定规律,即从西北向东南方向增强;试验所用的四种黄土的试验曲线介于拉德-邓肯破坏条件和屈瑞斯卡提出的破坏条件之间,其动强度值均大于邢义川、松岗元、摩尔-库仑破坏条件所对应的强度函数曲线;黄土的黏聚力Cd和内摩擦角ψd均随振次的增大都呈减小趋势,其中黏聚力Cd的急剧降低是黄土扭剪破坏的主要原因.     

黄土新含水层饱水机理的试验研究

以黄土原状土为研究对象,进行室内饱水试验,利用Diviner2000含水量测定仪,取得第一手资料。根据实验所得数据资料,首先对黄土饱水过程是否完成进行了判断,然后对黄土层不同深度体积含水量、累积饱水量、饱水速率、不同深度处的水力梯度等随时间的变化规律进行分析。经判断,黄土试样达到基本饱和,其饱和含水量为12.3%,小于国内同类研究结果,究其原因在于试样顶部裸露,饱水过程存在蒸发。最后,揭示出黄土层的饱水机理。     

沙质河漫滩地土壤质量提升技术研究

【目的】研究沙质河漫滩地土壤质量提升技术,探索覆土改良措施对该地区土壤地力提升效益。【方法】通过对沙质河漫滩进行覆土,研究覆土材料的理化性质,进一步分析了其对土壤速效养分的影响。【结果】①覆土土壤田间持水率沙土高于黄土,黄土是沙土的1.88倍,表明黄土的保水特性远高于沙土。②通过水分特征曲线分析,黄土体积含水率高于沙土,黄土体积含水率在下降至14%以后趋于稳定,沙土饱和导水率在下降至5%以后趋于稳定,表明黄土持水性能高于沙土。③在水稻抽穗期和成熟期,表层土壤有效磷量显著高于底层,且差异显著。水稻成熟期土壤速效钾除表层量较高外,其余各土层量均较低,其中20～30 cm土层速效钾量较水稻抽穗期的量显著降低。④土壤有效磷与土壤有机质显著相关,与土壤黏粒量显著相关;有机质与土壤有效磷和速效钾著正相关。【结论】沙地覆盖黄土后土壤质量得到改善,土壤保水保肥能力显著提升。     

初始含水率对土壤垂直线源入渗特征的影响

为解决现有渗灌系统在深根系植物应用中存在的问题,该文设计了一种垂直线源灌水器,并通过室内土箱试验研究了不同初始含水率条件下砂黄土和塿土的垂直线源入渗特征。结果表明：Philip入渗公式的形式能够较好地描述2种土壤的三维入渗过程;入渗时间一定时,砂黄土和塿土的累积入渗量均与初始含水率之间呈二次函数递减关系;2种土壤入渗的最大径向距离、最大垂向距离、宽深比均与初始含水率之间呈二次函数抛物线关系;2种土壤相比,偏砂性的砂黄土累积入渗量在低初始含水率下较塿土大,但随着初始含水率的增加其减小速度较塿土快,偏黏重的塿土入渗临界初始含水率较砂黄土大,但其入渗范围较砂黄土小。这些结果可为不同土壤条件下的垂直线源灌水技术发展提供参考。     

黄土高原丘陵沟壑区苹果园水肥耦合试验研究

在西北黄土高原丘陵沟壑区选择试验点,开展了苹果园水肥耦合试验,研究内容包括苹果园土壤农化性状测试分析;不同水肥耦合试验组合对土壤养分含量的影响;不同水肥耦合试验组合对苹果树的干周、产量、质量及效益的影响等。试验研究结果证明,实行平衡施肥后,土壤中的养分含量磷素提高到2~3级;氮素保持5级,钾素保持2级,有机质含量均有提高。提出了在苹果树不同树龄段,最适的水肥耦合量比例。按照该水肥耦合比例,能有效提高肥料利用率和土壤养分含量,基本达到了各树龄段的优质果园标准,经济效益显著。     

2种离子固化剂改善黄土抗剪强度和抗渗性的研究

为了探讨CONAID和LUKANG 2种离子固化剂的固土性能及其影响因素,对不同固化剂掺量、养护龄期、压实度和含水率的固化黄土进行了直剪试验和渗透试验.研究结果表明:随着固化荆掺量、养护龄期和压实度增大,2种固化土的内摩擦角和黏聚力呈上升趋势,渗透系数呈下降趋势,且规律比较接近.其中LUKANG固化剂对黄土抗剪强度和抗渗性的改善效果优于CONAID固化荆.建议在施工过程中选用LUKANG固化剂,掺量宜取0.01%.为了达到更好的抗剪和抗渗效果,应尽量延长固化土的养护龄期,增加压实度.     

黄绵土风干过程中土壤含水率的光谱预测

以2014年两次在陕西省乾县田间采集的129个黄绵土土壤样本为研究对象,建立土壤含水率定量反演模型。在土壤风干过程中测量光谱反射率及含水率,分析土壤含水率与光谱反射率之间的关系,并利用一元线性及指数回归建立土壤含水率光谱预测模型。结果表明在400~1 340、1 460~1 790、1 960~2 390 nm波长范围内,与含水率相关性最大的反射率对应的波长分别为570、1 460、1 960 nm;吸收深度最大的波长位于490、1 460、1 960 nm。土壤光谱特征指标与含水率之间的线性相关关系优于指数相关关系。以特征波长1 980 nm(C1980)、1 980 nm的吸收深度(D1980)和1 480 nm的吸收深度(D1480)为自变量建立的线性模型为土壤含水率预测的最优模型,校正和验证的决定系数R2大于0.92,相对预测偏差(RPD)大于2.5,均方根误差(RMSE)小于2.5%。研究表明利用自然土样,在风干过程中进行土壤含水率光谱快速预测是完全可行的,从而为遥感实时、快速监测土壤水分含量及大面积土壤水分反演提供了参考。     

石油污染对土壤毛细水上升特性的影响

为了研究石油污染对不同土质毛细水上升高度、上升速率及毛细含水率的影响,采用室内土柱试验,研究了3种不同土质土壤(塿土、黄绵土和风沙土)在5个不同污染梯度(0%、0.5%、1%、2%和4%)下的毛细水上升规律。结果表明,3种土壤毛细水上升高度均随时间的延长而增加,且土壤毛细水上升高度与时间均符合良好的幂函数,但增幅均随时间的延长而减小;在相同上升时段内,未被污染的3种土壤毛细水上升高度均明显大于石油污染土壤,并且污染程度越高,毛细水上升高度越小;相同时间段,清洁土壤和0.5%含油率的土壤毛细水上升高度均表现为风沙土上升速率最快、黄绵土次之、塿土最慢,1%、2%和4%含油率的毛细水上升高度和上升速率变化趋势相同,均表现为黄绵土最大、塿土次之、风沙土最小;随着毛细水上升高度的增加,塿土、黄绵土、风沙土毛细水量均呈减小趋势,且毛细水量均随着污染程度的加剧而降低,土壤储水量和毛细水水量有着相同的变化趋势。     

Q3黄土的三轴蠕变试验研究

采用改进的应力型三轴蠕变仪对Q3黄土进行了三轴剪切蠕变试验,对比分析了围压、干密度、含水率的变化对蠕变特性的影响,并通过对试验数据的分析,建立了Q3黄土的经验蠕变模型。试验结果表明：在同等条件下,饱和原状样的蠕变变形量大于重塑土样的蠕变变形量,且两者都大于天然含水状态的原状土样的蠕变变形量。围压越大,蠕变变形量越小;干密度越小、含水率越大,蠕变变形量越大。将模型计算出的结果与试验数据进行对比,两者基本吻合,从而验证了该模型的正确性。     

半干旱黄土丘陵区沙棘优良品种引种栽培试验研究

1994-2003年在黄土高原半干旱区的陕西吴旗县、安塞县进行中国沙棘优良类型和俄罗斯优良沙棘品种引种试验,采用家系选择法初步筛选出5个中国沙棘生态经济型优良单株,对3个俄罗斯良种沙棘的生长适应性经济性状进行了评价。前者生长迅速、树冠好、根系发达、郁闭快、水土保持效益好,果实较大、单株产量较高、Vc和含油量较高,适于在黄土丘陵区种植;后者经济性状较好,果实大、无刺或少刺,但适应性较中国沙棘差。