季节冻土区黑土耕层土壤冻融过程及水分变化

利用黑龙江省水利科学研究院水利试验研究中心综合实验观测场2011年11月-2012年4月整个冻结融化期的实测野外黑土耕层土壤温度和水分数据, 对中-深季节冻土区黑土耕层土壤冻融过程中冻结和融化特征分阴、阳坡进行了分析, 研究了冻融过程中不同深度土壤水分的变化情况, 并探讨了降水对不同深度耕层土壤含水量变化的影响. 结果表明:黑土耕层土壤冻结融化过程分为5个阶段, 历时164 d, 约5.5个月. 阶段I, 秋末冬初黑土耕层土壤开始步入冻结期; 阶段II, 黑土耕层土壤整日处于冻结状态, 阴坡比同样深度的阳坡土壤温度低; 阶段III为黑土耕层土壤稳定冻结期; 阶段IV, 黑土耕层土壤步入昼融夜冻的日循环交替状态, 冻融循环的土层逐渐向深部发展, 阳坡比阴坡融化得更深、更早, 阴坡比阳坡经历冻融循环次数更多; 阶段V为稳定融化期, 在融化过程不存在冻融交替的现象, 直到整个冻层内的土壤全部消融. 各深度位置阴坡土壤温度的最高值出现时间比阳坡晚约0.5 h. 经过整个冻结融化期后, 阴、阳坡各层土壤含水量均大于冻结前, 阴坡土壤含水量比阳坡整体偏低. 在整个冻结融化期, 阳坡地下1 cm、5 cm、10 cm 及15 cm处含水量最大值出现在地下5 cm; 阴坡的含水量整体趋于平稳且在融化期受降水影响明显.     

喀斯特山区碳酸盐岩土壤抗蚀性影响因素研究——以贵州毕节石桥小流域为例

对石桥小流域碳酸盐岩土壤进行理化性质分析,结果表明: 灌草丛地、水保幼林荒草地、坡耕地土壤砂粒含量依次减少,物理性粘粒含量依次增多,说明坡耕地土壤粘质化最严重;灌草丛地水稳性团粒含量最多,粒级较大,土壤水稳性最好;灌草丛地有机质含量较多,结构破坏率较低,坡耕地土壤分散率、侵蚀率、受蚀指数分别是灌草丛地、水保幼林荒草地的1. 11、1. 14, 1. 04、1. 13, 1. 87、1. 82倍,耕地土壤团聚度、团聚状况分别是灌草丛地、水保幼林荒草地的0. 83、0. 84, 0. 69、0. 64倍,说明坡耕地分散率最大,土壤团聚状况最差,土壤抗分散能力弱;小流域内土壤的容重、毛管孔隙度较我国其它地区低,约分别为1. 0g /cm3 ,和39. 86% ,而非毛管孔隙度则较我国其它地区的高,均值为25. 88%。区内碳酸盐岩土壤孔隙的这种组合特征很容易导致上层土壤粘粒向下淋失淀积,堵塞下层土壤孔隙,造成土壤上下层间饱和渗透率的显著差异,对于土壤抵抗流水侵蚀很不利。      

切方边坡悬臂桩桩间土稳定性研究

在调查分析切方边坡悬臂桩桩间土破坏模式的基础上,指出在桩间净距不大的情况下,桩间土多表现为局部滑塌现象。通过分析斜坡切方前的初始应力状态及桩间土滑塌失稳的临界判据,结合岩土强度理论建立了考虑三维土拱效应及切方卸荷的桩间土稳定性分析模型。以襄－渝二线施工过程中某路堑边坡为研究对象,通过计算分析,结合现场施工的观测情况,指出桩间土滑塌曲面的后缘线一般位于桩顶土拱作用的拱圈内侧区域,桩间土多呈拉-剪破坏模式。工程实践表明,采用土钉对桩间土进行加固取得了良好的效果。数值模拟发现,土钉的钻进应穿越桩间土拱有效作用的区域,土颗粒的楔紧挤密效应在一定程度上对土钉起到等效锚固的作用。     

钻进取样试验用模拟月壤

[摘 要]钻具在月壤中进行钻进取样,是一个钻具与月壤相互作用的过程。为获得可靠的月壤钻具,在其研制过程中应在月壤里进行钻进试验。但地球上的真实月壤很珍贵,难以满足钻进试验的需要。采用能够较好地模拟真实月壤主要物理力学特性的模拟月壤,代替真实月壤进行钻进取样试验,是月壤钻具研制的一个必要手段。国外已对月壤进行了大量的研究,并取得了丰富的成果。本文在对真实月壤以及模拟月壤研究进行总结的基础上,对月壤钻具研制中所需的模拟月壤进行了简要的阐述,可供月壤钻具研制参考。     

长白山苔原带土壤温度与肥力随海拔的变化特征

土壤温度与土壤肥力的分解释放、植被生长密切相关。利用2015年8月至2017年6月长白山西坡苔原带5 cm土壤温度并测试其土壤肥力,分析了土壤温度与肥力随海拔的变化特征及土壤温度对苔原带肥力的影响。结果表明：（1）长白山西坡苔原带土壤最热月为8月,最冷月为1、2月。长白山西坡苔原带土壤年均温随海拔的升高而下降,垂直变化率为-0.44℃·（100m）^-1。月均温垂直变化率则有所差别,5-9月垂直变化率为正,其余月份垂直变化率为负。（2）海拔是土壤温度空间分异的主要影响因素,冷季土壤温度随海拔升高而显著降低。随着海拔升高,越稀疏的植被和越薄的土层使得土壤热容量越小,暖季土壤温度随海拔升高而显著升高。（3）长白山西坡苔原带土壤肥力,尤其是与植物生长关系密切的速效养分随海拔升高表现出先升高再降低,在植物多样性和丰富度及草本植物盖度最高的2 250 m处达到土壤肥力最高水平。低海拔（2 050~2 250 m）的土壤肥力水平明显高于高海拔（2 350~2 550 m）的土壤肥力水平。西坡苔原带土壤肥力的空间分异状况受草本植物入侵影响较大。（4）长白山西坡苔原带土壤肥力水平随土壤温度升高而升高,温度是土壤有机质分解和矿物质养分转化的限制性因素。建议山地苔原带生态系统生产和生态管理中要重点考虑草本植被入侵给土壤肥力带来的影响。     

饱和土中管桩的水平动阻抗研究

为了考察桩、土主要参数对饱和土中管桩水平振动的影响,将土体分为桩周饱和土和桩芯饱和土两部分,利用多孔介质理论的饱和土控制方程建立了饱和土-管桩的耦合振动模型。在考虑桩周饱和土和桩芯饱和土边界条件的情况下,运用势函数解耦的方法对桩周饱和土和桩芯饱和土的水平振动进行了求解。在考虑桩周饱和土和桩芯饱和土对管桩作用的情况下对饱和土中管桩的水平振动进行了求解,得到了管桩桩顶的水平动力阻抗,并分析了主要桩、土参数对管桩水平动力阻抗的影响。研究表明：管桩内外半径、桩周土和桩芯土剪切模量比、泊松比之比对管桩水平动力阻抗的影响较大,低频时液-固耦合系数比对管桩水平动力阻抗有一定的影响,而阻尼比之比对管桩水平动力阻抗阻尼因子有一定的影响。     

福州地区结构性软土次固结试验研究

为研究福州地区浅层软土的结构性特征,特进行了一组原状土和相应的重塑土的一维固结试验。通过原状土和预压后软土的一维次固结试验,探讨了软土的次固结特性。试验结果表明,原状土和重塑土的固结曲线明显不同,说明福州地区浅层软土具有结构性;原状土主次固结的划分以及次固结系数Cα与结构强度有关,经预压结构破坏以后土样的主次固结分界及次固结系数Cα主要受预压荷载Pp影响。     

试论矿山生态修复的地质成土

土壤是植物生长的重要基质,是矿山生态修复成败的关键。针对大多数矿山生态修复所面临缺少土壤的现状和土壤漫长的地质成土过程的现实,试图在阐述自然地质成土原理的基础上,探讨矿山生态修复中的地质成土(简称矿山地质成土)的概念与方法。自然地质成土是地质大循环和生物小循环历经漫长时期将“岩石”变成“土壤”的过程,其中风化、黏化、有机质积聚以及元素的交换和迁移是重要的自然地质成土过程。矿山地质成土是指仿自然地质成土过程,通过筛选矿区可利用的成土母质或土壤材料,采用物理、化学和生物措施促进土壤快速发育和熟化并在短期内形成期望土壤功能、达到自我可持续发育状态的过程,其实质为人工造土。方法包含矿山地质成土的需求分析、成土材料的筛选、土壤材料的组配和生物熟化4步骤,还阐述了矿山地质成土与矿山复垦土壤重构的关系。以内蒙古某露天煤矿生态修复为例,详细讨论基于原始地层材料的露天矿表土的矿山地质成土过程,筛选出原始第3层土壤作为新表土的最优土壤材料组配与生物熟化方法;以矿山固体废弃物为土壤材料,介绍利用自然地质成土原理所构造的煤基生物土的方法;同时对黄河泥沙基矿山地质成土在西部矿区生态修复中的应用给予了展望。      

上海软土动力参数变异性对土层地震反应的影响

应用模态摄动法求解水平分层均匀土层的地震反应，通过大量的数值计算，讨论上海软土土性变化对土层基本周期和表面地震加速度反应的影响。数值结果表明：准确获取土层的动力参数对土层地震反应计算有重要影响，在现场实测获得较为翔实的土样动力特性参数的基础上，土层土性动力参数变异性所产生的计算误差是有限的。     

祁连山大野口流域土壤水热空间变化特征研究

土壤水热对水源涵养功能的发挥影响较大,为了研究流域空间上的水源涵养功能变化规律,在祁连山大野口流域布设90个土壤水热监测探头,对已取得的100多万个数据采取相关分析、变异系数等方法,研究土壤水热空间的变化特征.结果表明:随海拔增大,土壤水分呈波动性增大趋势,增大率约为2.35%·(100m)^-1,土壤温度呈波动性降低趋势,降低率约为0.74℃·(100m)^-1.半阴坡土壤水分比半阳坡高1.2倍、比阳坡高1.7倍,半阳坡土壤水分比阳坡高1.4倍.半阴坡土壤温度比半阳坡低1.6倍、比阳坡低2.2倍,半阳坡土壤温度比阳坡低1.3倍.土壤水分与其深度呈二次函数的抛物线变化关系,土壤温度与其深度呈线性函数关系,深度每增加10 cm,其温度降低约0.536℃.亚高山灌丛林比乔木林土壤水分高1.5倍、比草地高1.7倍,乔林比草地土壤水分高1.2倍.亚高山灌丛林比乔木林土壤温度低1.6倍、比草地低2.3倍,乔木林土壤温度比草地低1.4倍.高海拔半阴坡灌丛林土壤温度变化最剧烈,低海拔阳坡草地土壤变化较小.研究成果可为探索流域水资源管理及利用提供科学依据和参考资料.     

非饱和土微观结构与粒间吸力的研究进展

吸力是非饱和土研究的重点也是其难点。重点在于自然界中诸多物理现象可以用吸力去解释，难点在于非饱和土吸力的量化测试技术现在还不成熟。非饱和土作为地球表层广泛存在的三相组合材料，其力学性质远远比饱和土复杂，归根结底在于土中水气界面形成的弯液面收缩膜，导致了土体孔隙产生吸力。非饱和土体的强度变形特征就是其内部吸力不断变化的宏观表现形式，其宏观物理力学性质与吸力之间存在一个桥梁——微观结构。对非饱和土微观结构和吸力理论、试验研究的整体把握是完善土力学的一个重要方法。开展对非饱和土液桥动态结构演化及吸力力链分布特性的研究，是全面了解非饱和土力学性能的重要基础之一，也是深入把握和量化非饱和土吸力的重要手段。     

基于遥感技术的贵州春季土壤水分空间分异研究

通过对已建立的土壤水分运动模拟模型的校正,使之适合于喀斯特环境的土壤水分运移,并以遥感和GIS技术为依托,反演出贵州省大尺度下的各陆表参数(如: 地表温度、NDVI、气温、日照时数等) ,进而模拟出贵州省土壤水分运动转化过程,定量描述了喀斯特地区土壤水分变化,并对影响土壤水分变化的相关因子进行相关性分析。结果表明: 贵州春季土壤水分含量均值为0. 23mm /mm,次降雨通过蒸散发和下渗等作用在10天左右的时间之后,土壤水分含量及其增长率接近稳定状态,平均土壤水分变化率为1. 16% ;降水量对土壤水分变化的影响程度较其它的气象因子大,与土壤水分的净相关系数较大,是土壤水分变化的最主要的净影响因子;春季贵州省土壤水分空间分布总体上呈现东南、南部较高,而中部,北部、西部地区较低的分布特征,主要原因之一是中北部地区主要以黄壤或水稻土为主,土壤孔隙较大,漏水较为严重,土壤保水性不强。      

考虑滑体法向应力突变的阻滑桩成拱效应研究

依据阻滑桩的受力特点,研究了桩间土拱效应的传力机理,分析指出桩间土拱效应是法向应力和拱脚剪切力共同作用而产生的土颗粒挤压变形现象,提出采用突变效应替代常用的桩-土承载比衡量桩间土拱效应的强度及作用范围更为直接可靠.模型桩推力试验结果和三维有限元模型计算表明,桩间水平土拱具一定的纵向效应,据此对比分析了阻滑桩三维与二维计算结果之间的异同,指出桩间土拱效应不仅受桩-土相对位移的影响,同时也受滑体自重应力和滑面摩擦效应的制约.运用二维模型重点研究了桩-土相对位移、桩间净距、推力荷载、土体抗剪强度对桩间土拱效应的影响,将所得规律与已有文献作了进一步地对比,继而总结了上述因素对拱效应的敏感度.     

黄土丘陵小流域地形和土地利用对土壤水分时空格局的影响

采用1982～1985年和2002年两个时段的定点观测数据,系统分析了小流域尺度地形和土地利用类型对土壤水分时空格局的影响.结果表明:1)土壤水分变化特征为所有年份农地土壤水分都最大,灌木林地和荒草地较低,林地居中;不同坡向间以阴坡土壤水分最大;而不同坡位间以坡中部土壤水分最大.受降雨和植被耗水的影响,所有土地利用类型中土壤水分在整个生长期表现为降低型.2)在年尺度上表现为干旱年份土地利用类型和坡向对土壤水分的影响较大;而在湿润年份,其影响程度减弱;坡位在干旱和湿润年份对土壤水分的影响都较小.湿润年份,降雨量的增大弱化了地形和土地利用类型对土壤水分时空格局的影响;而干旱年份正好相反.3)在季节尺度上表现为在生长季节的中后期,土壤水分的变异格局主要受坡向影响;而在生长季节的中期,主要受土地利用类型影响;坡位在整个观测时段内影响都较小.4)在不同土壤层次方面特征为土地利用类型对0～20em层次影响较小,而对其他4个深度较大的层次(20～100cm)影响较大,并且5个层次中以40～60cm层次的差异最大;坡向对5个层次土壤水分的变异格局均有明显影响,并呈现随着深度的增加,其影响减弱的趋势;坡位对5个层次的土壤水分变异格局影响均较小.     

辽河流域表层土壤碳密度与碳储量浅析

利用辽宁省辽河流域多目标区域地球化学调查获得的大量表层土壤全碳分析数据,根据土壤类型和地貌单元计算表层土壤碳密度及碳储量,探讨了土壤碳密度与碳储量分布规律。辽河流域表层土壤碳储量分布与土壤类型和地貌单元的面积呈正比;土壤碳密度分布与城市规模大小及土壤有机质的含量分布有密切的关系。草甸土土壤类型和平原区地貌单元的表层土壤碳储量最高,黑土土壤类型和丘陵山区地貌单元的表层土壤碳储量最低。从土壤类型看,水稻土碳密度最高,风沙土碳密度最低。从地貌单元看,丘陵山区碳密度最高,低山丘陵区碳密度最低。土壤碳密度的研究可为探索中国区域土壤碳固定潜力提供参考数据。     

非饱和土中溶质地表径流迁移模型及解析模拟

针对非饱和农田在降雨引起肥料溶质地表径流迁移流失的实际问题,建立了二层结构溶质地表径流迁移模型,根据溶质质量守恒定律和水量平衡原理,求得模型的解析解,并采用室内非饱和土壤实验验证解析模型的合理性。通过敏感性分析,探讨了模型参数和土壤物理参数对溶质地表径流迁移流失过程的影响。研究结果表明:非饱和土的吸附性增大将增强土壤溶质迁移流失到地表径流水的能力;土壤干容重增大将减少土壤溶质的地表径流迁移;土壤的初始体积含水率越高,土壤溶质的地表径流运移作用越强。     

地层结构对砂土液化影响的有效应力动力分析

跟据上海市区典型土层的力学参数,构造不同地层组合的计算剖面,利用Biot固结理论和亚塑性边界面模型的排水有效应力动力分析法,研究地层结构对砂土液化的影响。分析发现：上履土层厚度增加时,砂土峰值孔压比随之减小;上履土层较软时, 砂土峰值剪应力先增加、后减小;较硬时,峰值剪应力单调增加。下卧土层越厚,砂土层的峰值孔压比越小,峰值剪应力愈大,总体变化都不大,但下卧土层较软时,砂土层的峰值孔压比变化相对明显。     

Estimation of soil internal erosion potential

Probability that the grains of cohesionless soil in an investigated range of grain diameters can be eroded from a volume of soil by the groundwater flow force is estimated using a two-person zero-sum game theory. The estimation of probability of erosion of soil grains is based on the two dimensional model of a soil structure, which is derived from the soil grain-size distribution and measured soil porosity, as well as on the assumption that soil grains are circular in their cross sections. A comparison of the results obtained by proposed method and by experiments shows good agreement.     

坡面侵蚀过程定量研究进展

坡面是土壤侵蚀最基本的地貌单元,定量研究坡面侵蚀能为研究土壤侵蚀规律、确定坡面重点侵蚀部位、建立土壤侵蚀预报模型提供科学依据。总结了溅蚀、片蚀、细沟侵蚀、浅沟侵蚀的定量研究进展,简述了土壤侵蚀模型的研究进展,对目前的其它研究方法进行了评述。     

土结构强度模型研究

长期以来,很多学者在土的强度问题方面做了大量的研究工作,也取得了不少成果。但土的结构性对强度的影响一直是这一问题的难点。以土的颗粒连接为基本点,建立了土结构强度模型,并对其进行分析,发现土体的强度直接与颗粒之间的连接强度和连接的分布形态有关。将统计域上形成的应力强度曲线族,当作宏观分析的土体性能的代表点考察时,可以自然地得到多个曲面构成的屈服面。通过对简化的土结构形态例子的分析,当各方向的连接为均匀分布时,可以得到各向同性的应力强度模型。分析表明,当考虑到统计域的空间特性时,宏观应力在统计域上不同的局部坐标位置,会出现应力梯度对强度产生影响的现象,这是过去的经典理论中所无法解释的。由此可知,土体结构强度模型是一种分析具有结构性土体的新的、有效的方法。