基于直剪试验的稻谷粮堆力学性质研究

为揭示粮仓建设和粮食运输途中粮堆的强度与剪胀特性,开展了在垂直压力为25~200kPa、含水率分别为8.41%、10.59%、13.88%和16.25%条件下的稻谷直剪试验。结果表明:稻谷粮堆剪切变形可分为弹性变形、塑性变形和籽粒压缩3个阶段;不同含水率下,稻谷粮堆强度特性基本符合莫尔-库伦强度准则,随着含水率增加,稻谷粮堆粘聚力逐渐减少,内摩擦角逐渐增大;含水率对稻谷粮堆的剪胀特性影响不明显,但随着垂直压力的增大,其剪缩性越明显;在垂直压力较小的条件下,含水率对稻谷粮堆的抗剪强度影响较大,随着垂直压力的增大,含水率对抗剪强度的影响逐渐减小。研究结果可为粮食仓储和运输、装载粮食机械的设计、粮堆数值仿真建模提供参考。     

干湿交替下膨胀土裂隙演化与强度衰减规律试验研究

为揭示干湿循环效应下膨胀土胀缩裂隙的演化特征及土体结构强度的劣化规律,对合肥弱膨胀土试样开展不同循环幅度下的干湿循环试验,利用图像处理技术从试样表面裂隙图像中提取出裂隙参数,并进行低应力下的抗剪强度试验。试验结果表明:1)裂隙开展分为裂隙酝酿期、裂隙快速传播期和裂隙平稳发展期3个阶段,裂隙指标的增长主要集中在裂隙快速传播期,且循环幅度的增大会使土体的开裂程度加剧;2)在干湿循环作用下,膨胀土的内摩擦角变化幅度小于2.2°,其受干湿循环次数的影响很小,土体的强度衰减主要源于粘聚力的大幅降低。膨胀土的粘聚力呈现出先快后缓的衰减趋势,其中前4次干湿循环期间粘聚力的衰减率达到50.97%～66.92%,且衰减率也与干湿循环幅度的大小密切相关;3)通过灰色关联度分析发现,粘聚力的衰减与裂隙面积率、裂隙总长度、裂隙平均宽度的变化趋势具有明显的关联性,其中裂隙面积率的关联度最大,其与粘聚力衰减率间的关联度为0.785～0.832,相应的权重达到0.461～0.472,且裂隙面积率与粘聚力衰减率间具有较好的线性关系,而裂隙平均宽度的关联度最小,其与粘聚力衰减率间的关联度为0.392～0.414,对应的权重仅为0.228～0.240。研究成果可为进一步揭示剧烈温湿变化诱发的膨胀土边坡灾变机理提供重要依据。     

西宁盆地黄土区荷载条件下植被护坡力学效应

为探讨西宁盆地黄土区边坡在荷载条件下植物根系对边坡稳定性的影响,该项研究以西宁盆地西山长岭沟流域为试验区,在自建边坡上种植草本植物垂穗披碱草(Elymus nutans)和灌木植物柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii),通过在边坡坡顶施加载荷,边坡坡面布设位移计与土压力盒的方式,监测荷载条件下边坡坡面土体位移与土压力变化;在此基础上,对边坡植被根-土复合体开展剪切试验,分析荷载条件下边坡坡面不同位置处根-土复合体抗剪强度及其变化特征。试验结果表明:在坡顶荷载条件下,在边坡相同位置处的根-土复合体粘聚力c值均大于施加载荷前;3种植物边坡的根-土复合体粘聚力c值均大于相同条件的未种植素土边坡;在荷载条件下,组合植被边坡的坡面土体位移量显著小于单一植被边坡和素土边坡,组合植被边坡在竖直和水平方向的位移量与草本植被边坡相比减小1.60~1.77 mm,与灌木植被边坡相比减小3.78和4.11 mm,与素土边坡相比减小7.39和6.29 mm。研究结果对防治高寒半干旱地区坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害,具有参考价值和指导意义。     

黄土丘陵沟壑区退耕年限对根—土复合体抗剪强度的影响

"退耕还林(草)"工程的有效实施,导致黄土高原植被迅速恢复,势必会引起植物根系和土壤理化性质变化,影响根—土复合体抗剪强度。为探究植被恢复年限对根—土复合体抗剪强度的潜在影响,在陕西省安塞区纸坊沟小流域选择6个不同退耕年限(5,12,20,27,37,46年)的撂荒地和1个坡耕地,进行不同土层深度(0—10,10—20,20—30,30—40,40—50 cm)根—土复合体原位剪切试验,同时测定根系特性和土壤理化性质。结果表明,随着退耕年限增加,0—50 cm土层根—土复合体抗剪强度均值呈"S"形增大趋势(51.80～124.01 J/m~2),与坡耕地相比,抗剪强度依次增加2.5%,54.6%,48.7%,86.5%,139.4%和129.3%。除坡耕地外,随着土层深度增加,根系密度明显减少,根—土复合体抗剪强度逐渐下降。根—土复合体抗剪强度与土壤有机质含量、根长密度和根质量密度呈对数正相关关系,与团聚体稳定性和有效根密度呈线性正相关关系。通径分析表明,团聚体稳定性、根质量密度和有机质含量是影响根—土复合体抗剪强度的关键因素。研究结果为评估植被恢复的水土保持效益及生态服务功能、揭示根—土复合体抗剪强度随退耕年限变化的动力机制提供理论基础。     

受降雨影响的浅水泥沙颗粒起动规律

山区浅层水流深度极浅且移动缓慢,降雨条件下其泥沙输移现象尚不明确。为探明受到降雨影响下的浅水河流均匀沙起动问题,该研究假设雨滴落入河道后会影响到整个水流区,形成雨滴群与水流混合的流体,从孔隙介质流理论入手,假设当降雨存在时床面泥沙颗粒增加了向上的附加力,进一步分析泥沙颗粒的受力情况,推导出层流水流泥沙颗粒起动关系表达式。从含沙水流流速分布规律得到启发,雨滴落入层流水流的状态类似于含沙水流,当降雨存在时层流水流流速分布仍然满足线性关系。利用无降雨泥沙起动经典试验数据,确定了拖曳力系数以及上举力系数,发现两者都是沙粒雷诺数的函数。利用已有研究的降雨实测数据,求出了8种降雨强度(0.254～152.4mm/h)下的雨滴直径分布概率密度表达式(R~2=0.998),进而求出雨滴的平均直径表达式,并给出受降雨影响的层流水流泥沙颗粒起动切应力计算模型。该研究模型表明降雨的存在使得泥沙起动所需的临界摩阻流速减小。通过与已有研究进行对比分析,该研究建立的受降雨影响的浅水泥沙颗粒起动计算公式具有最高的精度,平均误差仅为14.8%,能够为山区水沙灾害防治提供理论支撑。     

冻融对土壤分离能力及侵蚀阻力的影响

冻融后坡面为水力侵蚀产沙提供了大量有效物质源,是河道泥沙的主要策源地。该研究利用室内模拟冻融和径流冲刷试验,设置不同冻融循环次数、坡度和流量梯度,分析冻融对土壤分离能力及侵蚀阻力的影响机制。结果表明,冻融条件下,坡度、流量和冻融循环次数均对土壤分离能力有显著影响(P0.05),贡献率分别为17.94%、19.96%和18.43%。冻融前后,土壤分离能力基本均随坡度和流量的增加而增大,冻融后的均值(5.28±2.48g/(cm~2·min))显著大于冻融前(2.39±1.71 g/(cm~2·min)),但冻融后的增幅明显小于冻融前。不同坡度和流量条件下,冻融1次后,土壤分离能力均显著增大(P0.05),但其随冻融循环次数增加的变化趋势差异较大,只有在坡度与流量同时较小(10°和≤18L/min)或较大(15°和≥18L/min)时,呈显著增大趋势。冻融循环1、5、10次后,土壤细沟可蚀性分别增大1.25、1.66和1.72倍,随冻融次数的增加逐渐趋于稳定;土壤临界剪切力冻融后显著降低,与冻融次数无明显关系。冻融后土壤平均容重、水稳性团聚体和抗剪强度分别降低了6.61%、24.77%和21.35%,土壤孔隙度和三相结构指数变化与之相反。冻融条件下,土壤细沟可蚀性与水稳性团聚体和抗剪强度呈显著负相关关系,而与孔隙度呈显著正相关关系。     

水稻氮磷肥料减施途径研究

通过大田双季稻轮作试验,研究了在农民习惯施肥的基础上,不同减少氮磷肥料用量的施肥措施对水稻生长、产量的影响。减施氮肥处理结果表明:比农民习惯施肥减施20%氮肥的条件下,施用缓释肥料(80R)产量最高,比传统不减少施氮处理(CFN)增产0.4%,比等养分量纯化肥处理(80F)增产6.0%;用有机肥和化肥配施的处理(30F+50M)比80F增产1.9%;绿肥和化肥配施的处理(50F+30A)比80F显著减产7.2%(P<0.05)。因此,施缓释肥料或用有机肥和化肥配施均能提高产量,减少氮肥施用量。减施磷肥处理结果表明:比农民习惯施肥减少施磷20%的处理均没有减产,说明在本地区减少施磷20%,具有一定的可行性。     

强风化砂岩夹板岩重塑土的剪切强度特性

以江苏省无锡市滨湖区雪浪山复绿边坡A段发生的大滑坡为例,研究强风化砂岩夹板岩重塑土在不同含水率和干密度下的三轴UU剪切强度特性,以便更好地服务于边坡的复绿工程.结果表明:含水率从15％增加到25％时,其黏聚力和内摩擦角均随着含水率的增加显著减小;当含水率分别为15％和25％时,随着干密度的增加,其黏聚力和内摩擦角均随着干密度的增加显著增大;但当含水率为20％时,其黏聚力随着干密度的增加而减小,内摩擦角不变.     

Hu Xin, Hong Baoning, Du Qiang, et al. Influence of water contents on shear strength of coal-bearing soil[J]. Rock and Soil Mechanics, 2009, 38(8): 2291－2294. (in Chinese with English abstract)[30]

土的抗剪强度是工程设计中重要的依据指标,同时也是土壤精准耕作,大型农业器具设计的一个基本参数。紫色水稻土长期处于淹水状态,为研究其抗剪强度的水敏感性特征,该文以重庆市合川区钱塘镇大柱村国土整治项目区内紫色水稻土为试样,采用调控含水率变化,通过三轴不固结不排水试验研究其抗剪强度的水敏感性特征,并为实际工程中处理紫色水稻土提出建议。结果表明：1）同一围压下,紫色水稻土的最大主应力差随着含水率的增加而减小;相同含水率下,随着围压的升高最大主应力差增加,但这种增加趋势随土壤含水率的增加而减小。2）当含水率处于界限含水率附近时,抗剪强度随含水率的增减变化较为缓慢;含水率大于某一值后紫色水稻土抗剪强度随含水率增加而减小。3）紫色水稻土的粘聚力随含水率的变化具有明显的峰值,呈先增大后减小的趋势。4）紫色水稻土内摩擦角与含水率之间具有明显的线性负相关性。该研究可为地区农业基础工程的设计到施工,以及工后更好地控制路基路堑的稳定性等提供参考。     

双季稻田马铃薯不同覆盖栽培对土壤酶活性的影响

为探讨双季稻区春马铃薯不同覆盖模式下稻田土壤酶活性的变化情况, 在大田条件下, 以露地处理为对照, 设置稻草、无纺布、稻草+无纺布、黑膜、稻草+黑膜5 种覆盖处理。结果表明: 地表覆盖显著影响土壤酶活性。其中, 稻草覆盖显著(P<0.05)提高碱性磷酸酶、芳基硫酸酯酶和脱氢酶酶活性, 分别较对照提高17.55%、24.77%和87.2%; 稻草+无纺布覆盖显著(P<0.05)提高芳基酰胺酶和脱氢酶活性, 分别较对照提高8.03%和71.05%; 黑膜覆盖显著(P<0.05)提高β-葡萄糖苷酶、碱性磷酸酶、芳基硫酸酯酶和脱氢酶活性, 分别较对照提高23.44%、22.70%、37.43%和146.30%; 稻草+黑膜覆盖显著(P<0.05)提高β-葡萄糖苷酶、芳基酰胺酶、碱性磷酸酶、芳基硫酸酯酶和脱氢酶活性, 分别较对照提高34.76%、19.31%、19.03%、51.98%和125.62%。由此得出, 覆盖稻草并加盖黑膜可显著提高与土壤养分循环有关的主要土壤酶活性, 利于提高土壤质量。