应变式直剪仪与微型十字板剪切仪测定土壤抗剪强度的对比分析

[目的]分析两种仪器(应变式直剪仪与微型十字板剪切仪)测得的土壤抗剪强度指标(土壤黏聚力值c、内摩擦角φ、土壤剪切力τ)特征,并建立直剪仪测得的c和φ与十字版仪测得的τ之间的函数关系,以期深化对土壤抗剪强度的认识,提高土壤抗剪强度指标测定效率。[方法]选取黄土高原3种典型质地类型土壤(杨凌黏黄土、安塞黄绵土、定边沙黄土),每种土壤设5个含水量梯度(12%,16%,20%,24%,28%),分别用上述两种仪器测定不同处理下土壤抗剪强度指标c,φ和τ,探究了3指标对土壤质地、土壤含水量的响应特征以及3指标间的函数关系。[结果](1)试验条件下,c值在16.88~27.12 kPa范围,φ值在5.03°~21.30°范围,τ值在1.76~7.72 kPa范围变化;(2)不同土壤类型下,c和τ均随含水量的增大呈现先增大后减小趋势,而φ随含水量增大呈现逐渐降低趋势;(3)总体来看,安塞黄绵土的τ,c,φ值略高于定边沙黄土,但它们均显著大于杨凌黏黄土。(4)3种土壤类型下,微型十字板剪切仪所测定的τ值与直剪仪测定的c值均具有较强的线性相关关系(R 2>0.90);而φ值与τ值间并无显著相关关系。如不考虑土壤类型差异,τ与c之间仍有较强的相关性,关系式为c=1.59τ+14.10(R 2=0.51,p<0.01)。[结论]应变式直剪仪测得的黏聚力c值和微型十字版仪测得的土壤剪切力τ值对土壤质地、含水量的响应相似,且二者有显著的相关关系,在一定条件下可以用快速便捷的微型十字版仪测得的τ值估算原本需用直剪仪测的c值。研究结果可为野外极端条件下提高土壤抗剪强度测定效率方面提供参考。