砾石对石灰土表面干缩裂隙发育特征的影响
发布时间：2022-01-15 00:40
[目的]研究砾石粒径及含量对石灰土表面干缩裂隙发育特征的影响,为探索喀斯特地区的水土流失机理提供参考依据。[方法]通过室内模拟试验和数字图像处理技术,研究了砾石粒径（2.0～5.0 mm和5.0～12.5 mm）和砾石含量（0%,10%,20%,30%,40%）条件下的石灰土表面干缩裂隙特征。[结果]①无砾石石灰土平均表面裂隙率仅为3.03%,含砾石石灰土具有更大的表面裂隙率,在大粒径（5.0～12.5 mm）高含量（40%）条件下,表面裂隙率最大,达到8.66%;②当砾石含量增加时,裂隙的形态变得细小且密集,小粒径砾石会使裂隙网络更复杂;③大粒径（5.0～12.5 mm）条件下的土壤表面裂隙率与砾石含量成正线性相关,而小粒径（2.0～5.0 mm）条件下的裂隙率与砾石含量成负线性相关;④砾石会成为裂隙发育的基点,每个砾石颗粒周围都有可能产生围绕砾石或是向外延伸的裂隙。且在砾石形态的棱角处,容易产生向外延伸的裂隙。[结论]石灰土中存在砾石会导致表面裂隙率提高,弱化土体的抗侵蚀能力,是石漠化治理不容忽视的问题。
【文章来源】：水土保持通报. 2020,40(03)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
石灰石土表面裂隙图像处理过程
对比图2中同一粒径不同含量的裂隙图像,从单个裂隙的形态来看,随着砾石含量的增多,裂隙条数变多,裂隙宽度变窄。图2中处理为2～12.5 mm,10%的裂隙条数为144条,而图2中处理为2～12.5 mm,40%的裂隙条数为475条,裂隙条数增长了3.3倍。拓展到整个土壤表面裂隙网络,随着砾石含量的增多,裂隙网络的形态变得狭窄且密集。土体裂隙主要是由于土壤孔隙的扩大和开裂,在土体的含水量降低时,由于含水量分布不均匀,在土壤颗粒之间产生含水量梯度,导致局部应力产生差异,从而使土壤孔隙不断扩张,最终导致土体开裂[18]。而土壤中添加砾石,原本的土壤颗粒之间的连接会被砾石打断,形成岩土界面。由于土壤和岩石收缩性差异巨大,当含水量减小时,岩土界面更容易形成裂隙[19]。岩土界面会形成两种形态的裂隙:①围绕砾石的裂隙;②向外延伸的裂隙(见图3)。从图3中还可以看出,在砾石形态的棱角处,容易产生向外延伸的裂隙,可以称之为主裂隙。靠近砾石棱角处的裂隙宽度最大,向外延伸的裂隙宽度会逐渐减小,并产生分支或者与另一条裂隙相连接。因此,随着碎石含量的提高,主裂隙也会越多,同时产生越来越多的分支,使土壤基质破碎,裂隙网络更加复杂。
土体裂隙主要是由于土壤孔隙的扩大和开裂,在土体的含水量降低时,由于含水量分布不均匀,在土壤颗粒之间产生含水量梯度,导致局部应力产生差异,从而使土壤孔隙不断扩张,最终导致土体开裂[18]。而土壤中添加砾石,原本的土壤颗粒之间的连接会被砾石打断,形成岩土界面。由于土壤和岩石收缩性差异巨大,当含水量减小时,岩土界面更容易形成裂隙[19]。岩土界面会形成两种形态的裂隙:①围绕砾石的裂隙;②向外延伸的裂隙(见图3)。从图3中还可以看出,在砾石形态的棱角处,容易产生向外延伸的裂隙,可以称之为主裂隙。靠近砾石棱角处的裂隙宽度最大,向外延伸的裂隙宽度会逐渐减小,并产生分支或者与另一条裂隙相连接。因此,随着碎石含量的提高,主裂隙也会越多,同时产生越来越多的分支,使土壤基质破碎,裂隙网络更加复杂。2.2 大粒径条件下砾石含量对裂隙发育的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]作物根系影响下的农田干缩裂隙网络多重分形分析[J]. 张萌,申同庆,马荣,朱磊. 灌溉排水学报. 2019(08)
[2]考虑相关长度的土壤开裂模型改进及其参数对裂隙形态的影响[J]. 朱磊,马荣,范东峻,尤今. 农业工程学报. 2018(24)
[3]土壤裂隙研究的回顾与展望[J]. 周明涛,杨森,秦健坤,熊峰,王泽光,许文年. 土壤通报. 2017(04)
[4]干湿循环条件下重塑膨胀土的裂隙发育特征及量化研究[J]. 冷挺,唐朝生,施斌. 工程地质学报. 2016(05)
[5]降雨–蒸发条件下膨胀土裂隙演化特征试验研究[J]. 曹玲,王志俭,张振华. 岩石力学与工程学报. 2016(02)
[6]土壤裂隙及其优先流研究进展[J]. 张中彬,彭新华. 土壤学报. 2015(03)
[7]土体干缩裂隙网络定量分析[J]. 唐朝生,王德银,施斌,刘春. 岩土工程学报. 2013(12)
[8]干湿循环作用下膨胀土裂隙演化规律试验研究[J]. 张家俊,龚壁卫,胡波,周小文,王军. 岩土力学. 2011(09)
[9]基于数字图像识别的岩土体裂隙形态参数分析方法[J]. 刘春,王宝军,施斌,唐朝生. 岩土工程学报. 2008(09)
[10]黄土高原地区黄土裂隙发育特征及其规律研究[J]. 卢全中,彭建兵,陈志新,李喜安. 水土保持学报. 2005(05)
硕士论文
[1]桂西北喀斯特峰丛洼地石质土壤入渗试验研究[D]. 刘建伟.西南大学 2008
[2]基于分形理论的土体裂隙网络研究[D]. 陈尚星.河海大学 2006
本文编号：3589542
【文章来源】：水土保持通报. 2020,40(03)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
石灰石土表面裂隙图像处理过程
对比图2中同一粒径不同含量的裂隙图像,从单个裂隙的形态来看,随着砾石含量的增多,裂隙条数变多,裂隙宽度变窄。图2中处理为2～12.5 mm,10%的裂隙条数为144条,而图2中处理为2～12.5 mm,40%的裂隙条数为475条,裂隙条数增长了3.3倍。拓展到整个土壤表面裂隙网络,随着砾石含量的增多,裂隙网络的形态变得狭窄且密集。土体裂隙主要是由于土壤孔隙的扩大和开裂,在土体的含水量降低时,由于含水量分布不均匀,在土壤颗粒之间产生含水量梯度,导致局部应力产生差异,从而使土壤孔隙不断扩张,最终导致土体开裂[18]。而土壤中添加砾石,原本的土壤颗粒之间的连接会被砾石打断,形成岩土界面。由于土壤和岩石收缩性差异巨大,当含水量减小时,岩土界面更容易形成裂隙[19]。岩土界面会形成两种形态的裂隙:①围绕砾石的裂隙;②向外延伸的裂隙(见图3)。从图3中还可以看出,在砾石形态的棱角处,容易产生向外延伸的裂隙,可以称之为主裂隙。靠近砾石棱角处的裂隙宽度最大,向外延伸的裂隙宽度会逐渐减小,并产生分支或者与另一条裂隙相连接。因此,随着碎石含量的提高,主裂隙也会越多,同时产生越来越多的分支,使土壤基质破碎,裂隙网络更加复杂。
土体裂隙主要是由于土壤孔隙的扩大和开裂,在土体的含水量降低时,由于含水量分布不均匀,在土壤颗粒之间产生含水量梯度,导致局部应力产生差异,从而使土壤孔隙不断扩张,最终导致土体开裂[18]。而土壤中添加砾石,原本的土壤颗粒之间的连接会被砾石打断,形成岩土界面。由于土壤和岩石收缩性差异巨大,当含水量减小时,岩土界面更容易形成裂隙[19]。岩土界面会形成两种形态的裂隙:①围绕砾石的裂隙;②向外延伸的裂隙(见图3)。从图3中还可以看出,在砾石形态的棱角处,容易产生向外延伸的裂隙,可以称之为主裂隙。靠近砾石棱角处的裂隙宽度最大,向外延伸的裂隙宽度会逐渐减小,并产生分支或者与另一条裂隙相连接。因此,随着碎石含量的提高,主裂隙也会越多,同时产生越来越多的分支,使土壤基质破碎,裂隙网络更加复杂。2.2 大粒径条件下砾石含量对裂隙发育的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]作物根系影响下的农田干缩裂隙网络多重分形分析[J]. 张萌,申同庆,马荣,朱磊. 灌溉排水学报. 2019(08)
[2]考虑相关长度的土壤开裂模型改进及其参数对裂隙形态的影响[J]. 朱磊,马荣,范东峻,尤今. 农业工程学报. 2018(24)
[3]土壤裂隙研究的回顾与展望[J]. 周明涛,杨森,秦健坤,熊峰,王泽光,许文年. 土壤通报. 2017(04)
[4]干湿循环条件下重塑膨胀土的裂隙发育特征及量化研究[J]. 冷挺,唐朝生,施斌. 工程地质学报. 2016(05)
[5]降雨–蒸发条件下膨胀土裂隙演化特征试验研究[J]. 曹玲,王志俭,张振华. 岩石力学与工程学报. 2016(02)
[6]土壤裂隙及其优先流研究进展[J]. 张中彬,彭新华. 土壤学报. 2015(03)
[7]土体干缩裂隙网络定量分析[J]. 唐朝生,王德银,施斌,刘春. 岩土工程学报. 2013(12)
[8]干湿循环作用下膨胀土裂隙演化规律试验研究[J]. 张家俊,龚壁卫,胡波,周小文,王军. 岩土力学. 2011(09)
[9]基于数字图像识别的岩土体裂隙形态参数分析方法[J]. 刘春,王宝军,施斌,唐朝生. 岩土工程学报. 2008(09)
[10]黄土高原地区黄土裂隙发育特征及其规律研究[J]. 卢全中,彭建兵,陈志新,李喜安. 水土保持学报. 2005(05)
硕士论文
[1]桂西北喀斯特峰丛洼地石质土壤入渗试验研究[D]. 刘建伟.西南大学 2008
[2]基于分形理论的土体裂隙网络研究[D]. 陈尚星.河海大学 2006
本文编号：3589542
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