W-OH材料对砒砂岩坡面土壤剥蚀率和微结构的影响
发布时间：2021-07-28 03:59
砒砂岩区是我国水土流失问题最严重的区域之一。为研究砒砂岩坡面土壤剥蚀率的影响因素及W-OH材料对其的改良效果,以内蒙古自治区准格尔旗地区砒砂岩为研究对象,采用模拟冲刷试验方法研究了冲刷流量（2,3,4 L/min）、坡度（5°,7.5°,10°）以及W-OH喷洒浓度（1%,2%,3%）对砒砂岩坡面土壤剥蚀率和微结构的影响。结果表明:（1）砒砂岩坡面剥蚀率沿坡面方向逐渐减小,且随着冲刷流量和坡度的增大而增大;（2）在流量、坡度固定条件下,随着W-OH溶液浓度的提高,砒砂岩坡面土壤剥蚀率改善效果越明显,坡面的抗蚀性能提升越高,当浓度超过2%时,对坡面固结效果较为明显;（3）SEM试验结果说明W-OH溶液可以对砒砂岩颗粒进行有效地包裹,从而防止水分侵蚀,提高坡面抗蚀性,这与溶液浓度和喷洒量关系密切,也与坡度和冲刷流量有一定相关性。研究结果将对W-OH用于砒砂岩坡面治理提供一定的理论支撑。
【文章来源】：水土保持学报. 2020,34(05)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
室内模拟边坡冲刷系统示意
由图2可知,在所有流量、坡度情况下,断面剥蚀率均随着坡长方向延伸而逐渐降低,同等侵蚀条件下,坡头侵蚀情况比坡脚严重,同时流量和坡度越大,坡面整体的剥蚀率也越大。经计算,在冲刷流量为2,3,4 L/min、坡面坡度为5°,7.5°,10°的条件下,坡面整体平均剥蚀率分别为6.93×10-4,13.60×10-4,21.28×10-4,15.70×10-4,27.47×10-4,38.53×10-4,23.05×10-4,49.42×10-4,78.91×10-4 kg/(s·m2)。从以上数据来看,断面剥蚀率不是随着坡长方向线性降低的简单函数,而是与坡长具有一定相关关系[17-19],根据上述曲线,可初步判断断面剥蚀率与断面位置的关系可能是一个“凹函数”,且随着流量、坡度的增大,“凹”的程度越大。因而,对每组的4个数据进行Dr=Ae-Bx函数拟合。式中:Dr为砒砂岩坡面平均剥蚀率(kg/(m2·s));x为断面与坡顶的距离(m);A和B为回归系数。9种条件下的断面剥蚀率规律见表2。
对砒砂岩及不同浓度W-OH-砒砂岩固结体进行了SEM扫描(图4)。扫描结果显示,砒砂岩颗粒呈层状分布,分布较为分散,颗粒棱角分明,表面光滑,颗粒间黏结性较差(图4a)。当表面喷洒不同浓度W-OH溶液后,溶液渗透入松散的砒砂岩颗粒中并在表面慢慢固化包裹,形成一层柔性固结层,砒砂岩遇到溶液后会发生一定的微膨胀,发生部分脱落现象,同时溶液对颗粒进行包裹后,棱角开始消失,表面变得粗糙,空隙逐渐被固结材料填充,形成颗粒间交联黏结。W-OH浓度从1%到3%过程中,固结、包裹和黏结效果逐渐提高(图4b、c和d),同时当喷洒量及浓度增加时,可以将砒砂岩颗粒有效黏结在一起,形成一个具有一定强度的整体,从而提高坡面的抗侵蚀和抗冲性。结合能量色散X射线光谱仪(EDS, Energy Dispersive Spectrometer)对W-OH-砒砂岩的固结体中的C元素进行了分析(图4e和f),其中图4f中C元素在固结体表面均有分布,覆盖了近1/3的区域,说明表面均有W-OH材料包裹,同时与SEM特征进行对照,从而进一步说明了W-OH材料已经在砒砂岩颗粒表面进行了包裹。图4 不同条件下的砒砂岩颗粒的微形态及C元素分布
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型水溶性聚氨酯对紫色土坡面产流产沙的影响[J]. 朱秀迪,丁文峰,张冠华,李清溪,王强. 长江科学院院报. 2018(01)
[2]W-OH固化剂对玉米生长及土壤养分淋失的影响[J]. 张冠华,孙金伟,牛俊,朱秀迪,谢浩,孙宇婷. 水土保持学报. 2017(05)
[3]新型W-OH材料对崩积体土壤分离速率的影响[J]. 祝亚云,曹龙熹,吴智仁,陈冲,梁音. 土壤学报. 2017(01)
[4]基于W-OH的砒砂岩抗蚀促生机理研究[J]. 梁止水,吴智仁,杨才千,姚文艺,冷元宝. 水利学报. 2016(09)
[5]砒砂岩地区水土流失研究进展与治理途径[J]. 肖培青,姚文艺,刘慧. 人民黄河. 2014(10)
[6]估算细沟含沙水流剥蚀率的改进方法[J]. 赵宇,陈晓燕,米宏星,莫斌. 农业工程学报. 2014(15)
[7]坡面薄层水流分离土壤的动力学机理[J]. 唐科明,张光辉,任宗萍,汪邦稳. 水土保持学报. 2011(04)
[8]非硬化土路土壤剥蚀率与水动力学参数分析[J]. 罗婷,王文龙,王贞,金剑,王浩. 人民黄河. 2011(04)
[9]土壤剥蚀率与水流功率关系室内模拟实验[J]. 王瑄,李占斌,李雯,郑良勇. 农业工程学报. 2006(02)
[10]黄土坡面土壤侵蚀过程试验研究[J]. 田风霞,王占礼,牛振华,王英. 干旱地区农业研究. 2005(06)
本文编号：3307168
【文章来源】：水土保持学报. 2020,34(05)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
室内模拟边坡冲刷系统示意
由图2可知,在所有流量、坡度情况下,断面剥蚀率均随着坡长方向延伸而逐渐降低,同等侵蚀条件下,坡头侵蚀情况比坡脚严重,同时流量和坡度越大,坡面整体的剥蚀率也越大。经计算,在冲刷流量为2,3,4 L/min、坡面坡度为5°,7.5°,10°的条件下,坡面整体平均剥蚀率分别为6.93×10-4,13.60×10-4,21.28×10-4,15.70×10-4,27.47×10-4,38.53×10-4,23.05×10-4,49.42×10-4,78.91×10-4 kg/(s·m2)。从以上数据来看,断面剥蚀率不是随着坡长方向线性降低的简单函数,而是与坡长具有一定相关关系[17-19],根据上述曲线,可初步判断断面剥蚀率与断面位置的关系可能是一个“凹函数”,且随着流量、坡度的增大,“凹”的程度越大。因而,对每组的4个数据进行Dr=Ae-Bx函数拟合。式中:Dr为砒砂岩坡面平均剥蚀率(kg/(m2·s));x为断面与坡顶的距离(m);A和B为回归系数。9种条件下的断面剥蚀率规律见表2。
对砒砂岩及不同浓度W-OH-砒砂岩固结体进行了SEM扫描(图4)。扫描结果显示,砒砂岩颗粒呈层状分布,分布较为分散,颗粒棱角分明,表面光滑,颗粒间黏结性较差(图4a)。当表面喷洒不同浓度W-OH溶液后,溶液渗透入松散的砒砂岩颗粒中并在表面慢慢固化包裹,形成一层柔性固结层,砒砂岩遇到溶液后会发生一定的微膨胀,发生部分脱落现象,同时溶液对颗粒进行包裹后,棱角开始消失,表面变得粗糙,空隙逐渐被固结材料填充,形成颗粒间交联黏结。W-OH浓度从1%到3%过程中,固结、包裹和黏结效果逐渐提高(图4b、c和d),同时当喷洒量及浓度增加时,可以将砒砂岩颗粒有效黏结在一起,形成一个具有一定强度的整体,从而提高坡面的抗侵蚀和抗冲性。结合能量色散X射线光谱仪(EDS, Energy Dispersive Spectrometer)对W-OH-砒砂岩的固结体中的C元素进行了分析(图4e和f),其中图4f中C元素在固结体表面均有分布,覆盖了近1/3的区域,说明表面均有W-OH材料包裹,同时与SEM特征进行对照,从而进一步说明了W-OH材料已经在砒砂岩颗粒表面进行了包裹。图4 不同条件下的砒砂岩颗粒的微形态及C元素分布
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型水溶性聚氨酯对紫色土坡面产流产沙的影响[J]. 朱秀迪,丁文峰,张冠华,李清溪,王强. 长江科学院院报. 2018(01)
[2]W-OH固化剂对玉米生长及土壤养分淋失的影响[J]. 张冠华,孙金伟,牛俊,朱秀迪,谢浩,孙宇婷. 水土保持学报. 2017(05)
[3]新型W-OH材料对崩积体土壤分离速率的影响[J]. 祝亚云,曹龙熹,吴智仁,陈冲,梁音. 土壤学报. 2017(01)
[4]基于W-OH的砒砂岩抗蚀促生机理研究[J]. 梁止水,吴智仁,杨才千,姚文艺,冷元宝. 水利学报. 2016(09)
[5]砒砂岩地区水土流失研究进展与治理途径[J]. 肖培青,姚文艺,刘慧. 人民黄河. 2014(10)
[6]估算细沟含沙水流剥蚀率的改进方法[J]. 赵宇,陈晓燕,米宏星,莫斌. 农业工程学报. 2014(15)
[7]坡面薄层水流分离土壤的动力学机理[J]. 唐科明,张光辉,任宗萍,汪邦稳. 水土保持学报. 2011(04)
[8]非硬化土路土壤剥蚀率与水动力学参数分析[J]. 罗婷,王文龙,王贞,金剑,王浩. 人民黄河. 2011(04)
[9]土壤剥蚀率与水流功率关系室内模拟实验[J]. 王瑄,李占斌,李雯,郑良勇. 农业工程学报. 2006(02)
[10]黄土坡面土壤侵蚀过程试验研究[J]. 田风霞,王占礼,牛振华,王英. 干旱地区农业研究. 2005(06)
本文编号：3307168
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