基于新造水田工程的物理特性研究

发布时间：2017-09-15 16:28

  本文关键词：基于新造水田工程的物理特性研究

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【摘要】：山地丘陵区水田匮乏,耕作困难,不能满足正常的农用生产,新造水田是坡面整治的重要部分,也是提高耕地质量的一个重要举措。近年来,随着国土资源部2014年18号文件《关于强化管控落实最严格耕地保护制度的通知》的发布,证实水田的缺口正在逐步增大,因此新造水田对于改善丘陵区现状有重要作用。在以往的研究中,国内外对新造水田的研究较少,有部分的研究主要是针对在旱地改水田后,田面理化性质上的变化;但几乎没有对新造水田的工程设计提出相应标准的文章。因此,本文将探讨山地丘陵区新造水田选址及采样点区域的土壤物理性质、土壤抗剪强度、田面渗透及边坡稳定等因素进行分析,同时对新造水田的工程设计提出方案,给出相应的技术要点。本文以侏罗系沙溪庙组发育而来的灰棕紫泥为研究对象,采集五个不同土地利用类型的土样,通过直剪试验法、变水头渗透法分析该区域田块的各种性状;通过采取4种不同规格的边坡,每个规格的边坡分别采集8个不同的坡度,用边坡条分法进行计算,得出边坡稳定系数;同时根据新造水田的要素,提出相应工程设计,得出以下结果:(1)土壤物理特性分布特征土壤容重水旱轮作田块葡萄园撂荒地蔬菜地果园;砾石含量撂荒地果园葡萄园蔬菜地水旱轮作田块。粒径小于0.002mm的黏粒含量高低为水旱轮作田块葡萄园蔬菜地果园撂荒地,水作或水旱轮作的土壤黏粒含量大于旱作土壤且大于撂荒旱地;大于0.02mm的砂粒含量高低为撂荒地果园蔬菜地葡萄园水旱轮作田块,结果与黏粒含量相反;分形维数由水田到旱地再到撂荒地逐渐降低,相关系数也显著降低。五个样点的液限、塑限及塑性指数差异较小。渗透系数与砾石含量的多少有明显关系,随着砾石含量的增大,渗透系数也随之增大。当砾石含量小于20%时,渗透系数的变化在10-8~10-4数量级之间,当砾石含量超过20%时,渗透系数会发生跃变,渗透系数将主要集中在10-3~10-1数量级之间;渗透系数与土壤容重大小的关系与砾石含量的结果相反,当容重越大时,渗透系数越小,当容重大于1.4~1.5g/cm3时,渗透系数较小,渗透系数将主要集中在10~8~10~4数量级之间,容重小于1.4~1.5g/cm3时,渗透系数变大,渗透系数的变化在10-3~10-1数量级之间变动,且会在这个点位上出现跃变;此外,渗透系数与土地利用类型也有关系,水田耕作的渗透系数(B3、B4)水旱轮作(B1)旱地或撂荒地(B2、B5)。(2)土壤抗剪及边坡稳定性特征剪应力都随着剪切位移的增大而增大,但只有在前三种含水率(7%、13%、19%)条件下,当剪切位移小于1mm时,剪应力迅速增大,当剪切位移超过1mm后,剪应力增速有所放缓;当含水率为25%时,剪应力随剪切位移的变化较为缓慢。但在任意含水率下,当剪切位移大于3mm时,剪应力随剪切位移的变化就开始减小,而剪切位移大于4mm时,剪应力增量更小,几乎趋于稳定;在垂向压力为100kPa~200kPa时,出现残余抗剪强度。其中B1蔬菜地及B5撂荒地在含水率为7%、垂向压力为100kPa时,出现了软化现象,但软化迹象不是很明显。随着含水率的增加,在相同剪切位移下,所对应的剪应力逐步减小;剪应力出现的最大值对应在含水率为7%的状态下,最小值出现在含水率为25%的状态下。影响边坡稳定性的因素由强至弱依次为黏聚力、内摩擦角、边坡坡度。边坡稳定安全系数随着边坡坡度的减小而增大;边坡稳定安全系数随着内摩擦角的增大而增大;边坡稳定安全系数随黏聚力的增大而增大。(3)新造水田规划设计及关键技术本章对新造水田工程布局及工程设计两个方面内容。通过对项目区旱地的实际情况勘测,新造水田区域地形坡度应在25°以下,田面坡度在6°以下,单块水田面积应不小于100m2;根据现有土地利用类型,将田块划分为成台旱地、缓坡旱地、规划囤水田旱地、水旱轮作旱地、复垦旱地等五中类型,并通过所述试验方法可知当田块位置较低、土壤容重大于1.4g/cm3、砾石含量小于5%、粘粒含量大于25%、塑性指数大于12%以及渗透系数控制在小于10-5数量级时较为适合新造水田的建造。综上所述,本文针对新造水田选址区域的土壤物理性质及边坡稳定性进行分析,并提出了相应的规划设计和技术要点。
【关键词】：山地丘陵区 新造水田 工程设计
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S282;S151.9
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-12
• 第1章 文献综述12-20
• 1.1 水田田面稳定性分析12-15
• 1.1.1 水田田面稳定性的影响因素12-14
• 1.1.2 田面稳定性分析方法14-15
• 1.2 田坎稳定性分析15-18
• 1.2.1 田坎稳定性的影响因素15
• 1.2.2 田坎稳定性的计算方法15-18
• 1.2.2.1 土压力计算方法16-18
• 1.2.2.2 土压力有限元分析计算方法18
• 1.3 新造水田进展分析18-19
• 1.4 结语19-20
• 第2章 绪论20-24
• 2.1 研究目的与意义20
• 2.2 研究目标20
• 2.3 研究内容20-22
• 2.4 技术路线22-24
• 第3章 材料与方法24-34
• 3.1 研究区概况及样品采集24-25
• 3.2 试验方法25-32
• 3.2.1 容重及砾石含量测定25
• 3.2.2 塑液限及塑性指数的测定25-26
• 3.2.3 渗透系数的测定26-27
• 3.2.4 颗粒组成测定27-28
• 3.2.5 抗剪强度的测定28
• 3.2.6 最危险滑动面圆心确定方法28-29
• 3.2.7 边坡稳定性分析29-31
• 3.2.8 新造水田技术研究方案31-32
• 3.3 结果分析与数据处理32-34
• 第4章 土壤物理性质及渗透特性分布34-42
• 4.1 土壤物理特性分布34-37
• 4.1.1 容重及砾石含量的分布情况34-35
• 4.1.2 颗粒组成的级配特征35-36
• 4.1.3 土壤的塑液限及塑性指数36-37
• 4.2 土壤渗透特性37-40
• 4.2.1 不同砾石含量下的渗透特性37-38
• 4.2.2 不同容重下的土壤渗透特性38-40
• 4.2.3 不同土地利用类型下土壤渗透特性40
• 4.3 讨论40-42
• 第5章 土壤抗剪强度及边坡稳定性特征42-56
• 5.1 剪应力与剪切位移的关系42-48
• 5.2 抗剪强度随含水率的变化特性48-51
• 5.2.1 黏聚力随含水率的变化特性48-49
• 5.2.2 内摩擦角随土壤含水率的变化特性49-51
• 5.3 边坡稳定计算参数的重要性分析51-52
• 5.3.1 正交试验计算结果51
• 5.3.2 计算结果分析51-52
• 5.4 边坡稳定安全系数计算52-54
• 5.4.1 边坡稳定安全系数随坡度的变化特性52
• 5.4.2 边坡稳定安全系数随内摩擦角的变化特性52-53
• 5.4.3 边坡稳定安全系数随黏聚力的变化特性53-54
• 5.5 讨论54-56
• 第6章 新造水田规划设计及关键技术56-68
• 6.1 新造水田工程布局56-59
• 6.1.1 不同土地利用类型分布56
• 6.1.2 不同土地利用类型土壤物理特性分布56-59
• 6.2 新造水田工程设计59-65
• 6.2.1 杂物清除59
• 6.2.2 旱地平整59-63
• 6.2.3 筑埂63-64
• 6.2.4 泡田翻耕64
• 6.2.5 水整地64-65
• 6.3 新造水田规划设计及关键技术要点65-68
• 第7章 结论与展望68-70
• 7.1 结论68-69
• 7.2 展望69-70
• 参考文献70-76
• 致谢76-78
• 发表论文及参加课题78

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本文编号：857640