黔中喀斯特坡耕地土壤侵蚀过程的土力学机理

发布时间：2020-01-24 06:44

【摘要】：土力学指标特别是土壤内摩擦角、黏聚力和紧实度是土壤侵蚀防治工程设计中重要的参考依据和计算参数。采用野外调查及室内试验、实验相结合的方法,在以土壤侵蚀原理为基础上,研究黔中喀斯特区坡耕地土壤侵蚀过程的土力学机理。结果表明:土力学特性指标与土壤基本属性指标间存在密切关系。主要结论如下:(1)黔中喀斯特区坡耕地土力学特征。耕作层和犁底层土壤内摩擦角φ、黏聚力c、紧实度均差异极显著,且耕作层φ较犁底层φ小0.985°,耕作层c较犁底层c小0.015k Pa,耕作层土壤紧实度比犁底层低189k Pa。石灰岩区和白云岩区土壤内摩擦角φ、黏聚力c均差异极显著,且石灰岩区φ较白云岩区φ高1.355°,石灰岩区c较白云岩区低1.515k Pa,土壤紧实度差异不显著,紧实度为:白云岩区(1400k Pa)石灰岩区(1134k Pa),犁底层(1424k Pa)耕作层(1221k Pa)。(2)土壤基本属性对土力学特性指标的影响。石灰岩母质坡耕地土壤内摩擦角φ随容重增加而增大,黏聚力c随容重增加先增大后减小,土壤紧实度随容重增加呈对数增大。白云岩母质坡耕地土壤内摩擦角φ随容重增加而增大,黏聚力c随容重增加先增大后不变,土壤紧实度随容重增加呈一次函数增大。石灰岩母质坡耕地土壤内摩擦角φ随天然含水量增大而减小,黏聚力c随天然含水量增大先呈阶梯状增大后减小。白云岩母质坡耕地土壤内摩擦角φ随天然含水量增大而减小,黏聚力c随天然含水量增大大致呈二次函数变化,先增大后减小。土壤紧实度随天然含水量增大无明显变化规律。石灰岩母质坡耕地土壤内摩擦角φ随SOM增大而减小,黏聚力c随SOM增大而增大。白云岩母质坡耕地土壤内摩擦角φ随SOM增大而减小,黏聚力c随SOM增大而增大。土壤紧实度随SOM增大无明显变化规律,但整体呈正相关。石灰岩母质坡耕地土壤内摩擦角φ随I_P增大而增大,黏聚力c随I_P增大先增大后减小再增大。白云岩母质坡耕地土壤内摩擦角φ随I_P增大而增大,黏聚力c随I_P增大先不变后增大。总体上,耕作层和犁底层I_L差异极显著,I_P差异不显著,石灰岩区和白云岩区I_L差异显著,I_P差异不显著。(3)土壤机械分维与土力学特性指标间的关系。土壤内摩擦角φ与分形维数D呈正相关关系。白云岩区土壤黏聚力c均随分形维数增加呈现先增大后减小趋势。相同成土母质土壤机械组成与分形维数存在显著差异,石灰岩区耕作层,粗砂粒D值与土壤颗粒质量百分含量呈一次函数负相关,细砂粒、粉粒和黏粒D值与土壤颗粒质量百分含量呈一次函数正相关关系;犁底层,粗砂粒D值与土壤粒级质量百分含量呈一次函数负相关关系,但是相关关系不明显;细砂粒、粉粒和黏粒D值与土壤粒级质量百分含量呈一次函数正相关。白云岩区耕作层,粗砂粒D值与土壤颗粒质量百分含量呈一次函数负相关关系,细砂粒、粉粒和黏粒D值与土壤颗粒质量百分含量呈一次函数正相关关系;犁底层,粗砂粒与细砂粒D值与土壤粒级质量百分含量呈一次函数负相关关系,粉粒和黏粒D值与土壤粒级质量百分含量呈一次函数正相关关系。(4)基于土力学性质的土壤侵蚀过程机理分析。耕作过程使土壤出现细粒化,耕作层和犁底层I_L差异极显著,耕作层塑性指数I_P(6.69%)大于犁底层塑性指数I_P(6.58%),耕作层塑性指数I_L(0.743)大于犁底层I_L(0.608)。石灰岩区和白云岩区I_L差异显著,I_P差异不显著。耕作后的土抗蚀性能强,但是它的抗冲刷能力减弱,白云岩土壤比石灰岩土壤细小颗粒含量较多,石灰岩区土壤抗分散冲刷能力较白云岩区强,从土力学角度进一步说石灰岩区坡耕地较白云岩区坡耕地稳定。研究表明耕作过程加速了土壤侵蚀,黔中喀斯特区坡耕地石灰岩区土壤较白云岩区土壤不易流失。
【图文】：

黄选华硕士学位论文：黔中喀斯特坡耕地土壤侵蚀过程的土力学机理3.3 黔中喀斯特区坡耕地土力学特性指标 LSD 检验（对耕作）岩性 比较土层 内摩擦角φ（°） 黏聚力 c（kPa） 紧实度（kPa）石灰岩 耕作层与犁底层 0.07 0.043* 0.004**白云岩 耕作层与犁底层 0.01* 0.003 0.005***表示 P＜0.05，差异达到显著水平；**表示 P＜0.01，差异达到极显著水平。如图 3.2，对于石灰岩区，犁底层土壤黏聚力比耕作层小，犁底层土壤内摩擦角也较耕作层小，紧实度则是耕作层远小于犁底层；而对于白云岩区，耕作层土壤黏聚力小于犁底层，土壤内摩擦角大于犁底层，紧实度则是耕作层小于犁底层。

黄选华硕士学位论文：黔中喀斯特坡耕地土壤侵蚀过程的土力学机理1.33g/cm3—1.41g/cm3变化时，φ逐渐减小，而后又随着容重的增大而增大。白云岩区，随着土壤容重增大，耕作层φ呈逐渐增大的趋势，而犁底层变化则相对平缓，，在容重为 1.18g/cm3时出现φ值突然增大，但是增大的幅度较小，其中在容重为 1.295g/cm3时φ出现了极小值4.578°。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S157.1

【参考文献】

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本文编号：2572581