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Applicability of Fractal Models in Estimating Soil Water Retention Characteristics from Particle-Size Distribution Data 被引量:8
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作者 LIU JIANLI and XU SHAOHUIInstitute of Soil Science, the Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008 (China) 《Pedosphere》 SCIE CAS CSCD 2002年第4期301-308,共8页
Soil water retention characteristics are the key information required in hydrological modeling. Frac-tal models provide a practical alternative for indirectly estimating soil water retention characteristics frompartic... Soil water retention characteristics are the key information required in hydrological modeling. Frac-tal models provide a practical alternative for indirectly estimating soil water retention characteristics fromparticle-size distribution data. Predictive capabilities of three fractal models, i.e, Tyler-Wheatcraft model,Rieu-Sposito model, and Brooks-Corey model, were fully evaluated in this work using experimental datafrom an international database and literature. Particle-size distribution data were firstly interpolated into20 classes using a van Genuchten-type equation. Fractal dimensions of the tortuous pore wall and the poresurface were then calculated from the detailed particle-size distribution and incorporated as a parameter infractal water retention models. Comparisons between measured and model-estimated water retention cha-racteristics indicated that these three models were applicable to relatively different soil textures and pressurehead ranges. Tyler-Wheatcraft and Brooks-Corey models led to reasonable agreements for both coarse- andmedium-textured soils, while the latter showed applicability to a broader texture range. In contrast, Rieu-Sposito model was more suitable for fine-textured soils. Fractal models produced a better estimation of watercontents at low pressure heads than at high pressure heads. 展开更多
关键词 fractal model particle-size distribution soil water retention characteristics
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超硫酸盐渍土固化强度及冻融特性试验研究
2
作者 李宏波 李盛 +2 位作者 于广云 丁永发 张轩硕 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期147-160,共14页
地基强度不足和盐–冻胀破坏是导致盐渍土地区渠道衬砌结构发生破坏的主要原因。为解决盐渍土强度不足的问题,降低盐渍土对环境温度的敏感性,首先,开展联合固化剂对超硫酸盐渍土强度的影响研究,并结合微观测试结果分析,构建联合固化剂... 地基强度不足和盐–冻胀破坏是导致盐渍土地区渠道衬砌结构发生破坏的主要原因。为解决盐渍土强度不足的问题,降低盐渍土对环境温度的敏感性,首先,开展联合固化剂对超硫酸盐渍土强度的影响研究,并结合微观测试结果分析,构建联合固化剂掺量与强度之间的关系,对固化效果作出评价;其次,借助压汞试验对微观孔结构进行分析;最后,通过冻融循环试验揭示盐–冻胀力及盐–冻胀量的变化规律。结果表明:固化盐渍土强度增长效果显著,水化产物增强了盐渍土颗粒间的胶结作用。当联合固化剂掺量从0增加至30%时,固化盐渍土的孔隙率逐渐降低,孔径从超大孔向中小微孔演变;模型计算得到的分形维数逐渐增大,其中,Menger海绵模型与Neimark模型表现为多尺度分形,在中孔隙(0.1μm≤孔径<1.0μm)范围分形特征不明显,由热力学模型计算得到的分形维数DT在合理区间2.824~2.849变化,很好地表征了孔隙表面的分形特征。冻融循环10次后,相较未固化盐渍土,固化盐渍土盐–冻胀量削减了117%;盐渍土盐–冻胀力波动范围随冻融次数的增加而逐渐增加,固化盐渍土盐–冻胀力转变为周期性衰减,掺入的联合固化剂有效弱化了盐渍土盐–冻胀力。结合工程实际,建议渠道地基加固中水泥∶粉煤灰∶硅灰∶脱硫石膏质量比为1.00∶1.67∶0.83∶1.00,联合固化剂掺量为30%。 展开更多
关键词 超硫酸盐渍土 固化强度 孔隙分形特征 盐–冻胀量 盐–冻胀力
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巴东组泥岩重塑土湿胀特性宏细观跨尺度研究
3
作者 赵二平 张聪 +3 位作者 章涵 李森 蒋尚家 车德龙 《铁道建筑》 北大核心 2024年第7期143-148,共6页
针对泥岩地区高速铁路路基上拱问题,以郑万高速铁路沿线巴东组泥岩风化土为研究对象,开展不同初始含水率、干密度、上覆荷载及干湿循环次数条件下泥岩重塑土湿胀特性宏细观试验。基于多因素从宏细观角度对泥岩膨胀性进行了试验验证,对... 针对泥岩地区高速铁路路基上拱问题,以郑万高速铁路沿线巴东组泥岩风化土为研究对象,开展不同初始含水率、干密度、上覆荷载及干湿循环次数条件下泥岩重塑土湿胀特性宏细观试验。基于多因素从宏细观角度对泥岩膨胀性进行了试验验证,对维护膨胀土区域工程稳定性有一定借鉴作用。结果表明:泥岩重塑土无荷膨胀率随着初始含水率的增加线性减小,随着初始干密度的增加呈指数增长;上覆荷载作用抑制了泥岩重塑土的膨胀变形;干湿循环作用下,泥岩重塑土膨胀率及吸水量均随干湿循环次数的增多而总体上先增加后减小,强度劣化,泥岩内部结构由致密变为疏松,矿物颗粒吸水膨胀,试样内部大尺寸孔隙逐渐形成。 展开更多
关键词 高速铁路路基 泥岩 重塑土 干湿循环 湿胀特性 分形维数
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不同尺度下土壤粒径及分形特征 被引量:1
4
作者 刁二龙 曹广超 +3 位作者 曹生奎 袁杰 童珊 邱巡巡 《水土保持研究》 CSCD 北大核心 2024年第5期212-220,共9页
[目的]土壤粒径及分形特征因研究尺度不同而存在差异,从不同尺度上探讨土壤粒径及分形特征异质性,以期明确尺度效应对土壤粒径及分形特征的影响。[方法]以黑河源区和八宝河小流域为研究区域,采用单因素方差分析方法对不同尺度土壤粒径... [目的]土壤粒径及分形特征因研究尺度不同而存在差异,从不同尺度上探讨土壤粒径及分形特征异质性,以期明确尺度效应对土壤粒径及分形特征的影响。[方法]以黑河源区和八宝河小流域为研究区域,采用单因素方差分析方法对不同尺度土壤粒径及分形维数进行差异显著性检验,利用Pearson相关分析研究不同尺度下土壤分形维数与环境因子的相关性,并使用地理探测器模型探究不同尺度下土壤分形维数环境驱动因素作用。[结果](1)黑河源区和八宝河小流域土壤粒径组成以粉粒和砂粒为主,随着研究尺度扩大到黑河源区,土壤黏粒、粉粒、砂粒和分形维数(D)空间变异性增强,土壤黏粒、粉粒和砂粒属于中等变异,分形维数属于弱变异;(2)不同土地利用类型土壤颗粒组分和分形维数因研究尺度不同而存在差异,与八宝河小流域相比,黑河源区3种土地利用类型土壤PSD频率曲线异质性增大,土壤质地呈粗化趋势;(3)皮尔逊相关分析和地理探测器结果均表明,土壤粒径对分形维数的影响明显大于其他因子,分形维数可以表征土壤质地情况。[结论]不同尺度下土壤粒径及分形维数存在明显的异质性,而这种异质性的产生是不同尺度环境因子综合作用的结果。 展开更多
关键词 尺度 土壤粒径 分形特征
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干湿循环作用下黄土厚度对其裂隙发育的影响
5
作者 焦少通 王家鼎 +4 位作者 张登飞 戚利荣 李帅 李琳 李珊 《西北大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1-10,共10页
黄土体长期处于降雨和蒸发的湿热耦合环境,极易诱发土体裂隙产生,显著弱化土体的结构性和完整性,从而影响工程区域的建设。因此,对干湿循环作用下不同厚度的黄土开裂特性研究十分必要。该文通过室内干湿循环试验,记录试样的含水率变化... 黄土体长期处于降雨和蒸发的湿热耦合环境,极易诱发土体裂隙产生,显著弱化土体的结构性和完整性,从而影响工程区域的建设。因此,对干湿循环作用下不同厚度的黄土开裂特性研究十分必要。该文通过室内干湿循环试验,记录试样的含水率变化和裂隙发育情况,利用数字图像处理技术,结合分形维数对裂隙网络进行分析。试验结果表明,蒸发路径和含水量的不同导致土体水分蒸发速度不同,土体越厚,水分蒸发速度越慢。界面摩擦力影响土体开裂过程,土体越厚,裂隙发育越慢,裂纹网络复杂性越低。随着干化的进行,界面摩擦力逐渐降低,土体收缩明显,干湿循环效应导致土体颗粒重新组合,加快水分蒸发过程,土体表面会不断劣化。研究结果可为地质灾害防治提供指导。 展开更多
关键词 干湿循环 土体厚度 裂隙特征 分形维数 摩擦力
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青藏高原南部不同土地利用方式土壤可蚀性分析
6
作者 李笑雨 白金珂 王力 《中国水土保持科学》 CSCD 北大核心 2024年第4期68-74,共7页
为评估青藏高原南部不同土地利用类型土壤侵蚀风险,对该地区4种典型土地利用类型土壤进行大范围采样,测定土壤颗粒组成和有机碳质量分数,计算土壤分形维数和可蚀性因子K,对不同土地利用类型和不同土层土壤侵蚀风险进行定量化评估,并分... 为评估青藏高原南部不同土地利用类型土壤侵蚀风险,对该地区4种典型土地利用类型土壤进行大范围采样,测定土壤颗粒组成和有机碳质量分数,计算土壤分形维数和可蚀性因子K,对不同土地利用类型和不同土层土壤侵蚀风险进行定量化评估,并分析土壤粒度特征对土壤可蚀性因子的影响。结果表明:1)整体来看,研究区土壤可蚀性因子K介于0.022~0.036 t·hm^(2)·h/(hm^(2)·MJ·mm)之间,超过40%的样地土壤属于中可蚀性以上(K>0.033 t·hm^(2)·h/(hm^(2)·MJ·mm))土壤,存在较高的侵蚀风险;2)在不同土地利用方式间,土壤可蚀性因子表现为耕地>灌木林地>草地>乔木林地,其中耕地土壤可蚀性因子显著高于其他3种土地利用类型(P<0.05);3)垂直剖面上,由上到下3个土层(0~10、10~20和20~30 cm),中可蚀性以上土壤分别占到样点总数的26.47%、47.22%和55.89%,中低可蚀性以下(K≤0.033 t·hm^(2)·h/(hm^(2)·MJ·mm))土壤分别占73.53%、52.78%和44.11%,土壤可蚀性因子随土壤深度增加呈递增趋势;4)土壤粒度特征对可蚀性具有重要影响,土壤可蚀性因子K与砂粒含量呈指数型负相关关系,与黏粒含量和分形维数呈指数型正相关关系,均达到极显著水平(P<0.001)。研究结果可为降低青藏高原南部地区土壤侵蚀风险及提高水土保持效益提供重要参考。 展开更多
关键词 大尺度 土壤可蚀性因子K 土壤颗粒特征 土壤有机碳 分形维数 青藏高原
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三轴加载条件下路基软土微观结构演化研究
7
作者 梁志鑫 孙红 +1 位作者 牛富俊 唐雪明 《交通科学与工程》 2024年第3期27-34,共8页
为了从宏、微观角度研究受力全过程中土的微观结构演化及损伤机制,对武汉地区路基软土开展了一系列K0(静止土压力系数)固结不排水三轴剪切试验、扫描电子显微镜试验和压汞试验。基于分维理论和图像处理技术,对微观结构参数进行了分析。... 为了从宏、微观角度研究受力全过程中土的微观结构演化及损伤机制,对武汉地区路基软土开展了一系列K0(静止土压力系数)固结不排水三轴剪切试验、扫描电子显微镜试验和压汞试验。基于分维理论和图像处理技术,对微观结构参数进行了分析。研究结果表明:武汉地区路基软土的孔隙具有多重分形特征,并据此确定微孔隙、小孔隙、中孔隙和大孔隙的孔径分界点分别为0.03、0.50和7.00μm。其中孔径为0.50~7.00μm的孔隙整体上具有更强的自相似性,将其定义为特征区间,该区间的表面分形维数随着应变的增加而减小。软土损伤在微观上表现为团聚体解体,并伴随着孔径分布与孔隙形态的演变,孔隙面积比与孔隙形状系数随着应变的增加分别非线性增大和非线性减小。微观结构演化全过程可分为结构微调、损伤发展和结构破坏3个阶段。提出的微观结构因子能够有效揭示软土宏观力学性质的变化。 展开更多
关键词 路基软土 微观结构 损伤机制 三轴试验 压汞实验 分形维数 演化特征
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黄河下游冲积平原试验区土壤水分特征曲线的传递函数研究
8
作者 湛江 刘颜珲 +2 位作者 王琳 潘登 蔡金龙 《节水灌溉》 北大核心 2024年第6期54-62,共9页
黄河下游冲积平原区是我国重要的粮食生产基地和工业集聚地,该地区土壤水力学参数的获取,对于保障用水安全和指导农业生产具有重要意义。为建立黄河下游冲积平原区的土壤水分特征曲线传递函数(PTFs),以河南省兰考县闫楼乡作为黄河下游... 黄河下游冲积平原区是我国重要的粮食生产基地和工业集聚地,该地区土壤水力学参数的获取,对于保障用水安全和指导农业生产具有重要意义。为建立黄河下游冲积平原区的土壤水分特征曲线传递函数(PTFs),以河南省兰考县闫楼乡作为黄河下游冲积平原试验区,基于多元非线性逐步回归和单因素扰动方法,建立了包气带土壤水分特征曲线的PTFs,并分析了影响因素敏感性。研究结果显示,实测土壤水分特征曲线以及土壤理化性质参数呈现较强变异性,所建立的PTFs精度良好,具备应用推广价值。多元回归结果表明,土壤颗粒组成是本文PTFs的主要影响因素,其中黏粒含量对PTFs最为敏感,砂粒含量次之,粉粒含量最弱。在其余5个土壤理化特性中,对PTFs的相对敏感的因素是pH值和分形维数。研究表明,土壤物理化学性质与土壤水分特征曲线模型参数的关系复杂,并非一般线性或单调关系。尽管土壤物理化学性质参数可以提高PTFs精度,但土壤颗粒组成是影响土壤水分运动的根本原因,其作为构建PTFs的关键因素不可忽略。在实际应用中,PTFs使用者可根据所掌握数据的实际情况,结合影响因素敏感性,决定影响因素的取舍。 展开更多
关键词 黄河下游冲积平原 土壤水分特征曲线 土壤传递函数 多元逐步回归 分形维数 参数敏感性
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桂西北岩溶区不同石漠化强度土壤颗粒分形特征研究
9
作者 邹小阳 周旺 +2 位作者 孙文俊 肖克飚 刘涛 《农业科学研究》 2024年第2期64-70,96,共8页
桂西北岩溶区是我国亚热带岩溶区的代表性区域,石漠化危害严重。为研究桂西北岩溶区不同石漠化强度土壤颗粒分形特征及其与土壤理化性质的关系,选取都安瑶族自治县澄江乡、大化瑶族自治县百马乡和巴马瑶族自治县那桃乡3处典型岩溶区的... 桂西北岩溶区是我国亚热带岩溶区的代表性区域,石漠化危害严重。为研究桂西北岩溶区不同石漠化强度土壤颗粒分形特征及其与土壤理化性质的关系,选取都安瑶族自治县澄江乡、大化瑶族自治县百马乡和巴马瑶族自治县那桃乡3处典型岩溶区的土壤为研究对象,分析石漠化强度、土壤理化性质特征、土壤颗粒分形维数的变化及其相互关系。结果表明:土壤颗粒分形维数与石漠化强度之间呈显著负相关关系(P<0.05),土壤颗粒分形维数与土壤粒度分布、土壤容重、土壤含水量和土壤总孔隙度等土壤物理指标及土壤全氮、全磷、全钾和有机质质量比等土壤化学指标均存在显著相关关系(P<0.05)。土壤颗粒分形维数可准确反映桂西北岩溶区土壤的石漠化强度,这为定量表征石漠化土壤质量提供了一种新方法。 展开更多
关键词 桂西北岩溶区 土壤理化性质 土壤颗粒分形维数 分形特征
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Microstructure and strength features of warm and ice-rich frozen soil treated with high-performance cements 被引量:8
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作者 SUN Gao-chen ZHANG Jian-ming +1 位作者 DANG Ying-sheng DING Cong 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2019年第6期1470-1482,共13页
Warm and ice-rich frozen soil(WIRFS) exhibits lower shear strength due to the weak binding forces between soil particles and ice crystals. To enhance the strength of WIRFS, frozen soil was treated separately with Port... Warm and ice-rich frozen soil(WIRFS) exhibits lower shear strength due to the weak binding forces between soil particles and ice crystals. To enhance the strength of WIRFS, frozen soil was treated separately with Portland, Phosphate, Sulphoaluminate, Portland-Phosphate and PortlandSulphoaluminate cements. After the samples were cured under -1.0°C for 7 days, the microscopic pore distribution characteristics and the macro-mechanical properties of WIRFS were investigated using mercury intrusion porosimetry(MIP), scanning electron microscopy(SEM) and unconfined compressive strength(UCS) tests. To quantitatively analyze the laws of pore-size transformation and the variation of Hausdorff volumetric fractal dimensions for pre-and post-treated WIRFS, the CURVEEXTRACT and Image-Pro Plus(IPP) image analysis system has been developed for analysing SEM images of the soil samples. Statistics of the pore-area dimension and pore-volume dimension were calculated. The results reveal that the cement-based treatment of WIRFS can improve the cementation fill of soil pores and the bond forces between soil particles. There is an evident correlation between the microstructure characteristics and the mechanical properties of the treated WIRFS. As the fractal dimensions of pore-area decrease, the unconfined compressive strength of cement-treated WIRFS increases significantly. In contrast, as the fractal dimensions of pore-volume increases, the unconfined compressive strength decreases remarkably. 展开更多
关键词 soil STABILIZER FROZEN soil MICROSTRUCTURE characteristics Macro-mechanical properties fractal theory Scanning electron microscopy
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Relationship between granitic soil particle-size distribution and shrinkage properties based on multifractal method 被引量:3
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作者 Yujie WEI Xinliang WU +1 位作者 Jinwen XIA Chongfa CAI 《Pedosphere》 SCIE CAS CSCD 2020年第6期853-862,共10页
The mechanical properties of granitic residual soils vary with depth due to changes in soil type and heterogeneity caused by weathering.The purpose of this study was to relate the spatial variation of particle-size di... The mechanical properties of granitic residual soils vary with depth due to changes in soil type and heterogeneity caused by weathering.The purpose of this study was to relate the spatial variation of particle-size distribution(PSD)of granitic soils with soil shrinkage parameters using multifractal theory.The heterogeneity of PSD and pedogenic processes were depicted in detail by multifractal dimensions.The PSD generally increased with the increase of profile depth in accordance with the variation of single fractal dimension(D)ranging from 2.45 to 2.65.The shrinkage limit was greatly influenced by the multifractal dimension parameters,including information dimension(D1)and capacity dimension(D0)(Adjusted R2=0.998,P<0.01),and the maximum linear extensibility(κv)was determined by spectral width(?α)and bulk density,with the latter explaining 89%of the total variance ofκv(P<0.01).Soil shrinkage characteristic curve was fitted by the modified logistic model(R2>0.97,root sum of squares<0.1),and the water variation corresponding to the maximum change rate of linear extensibility was determined by the silt content(R2=0.81,P<0.01).Overall,the shrinkage of granitic soils was primarily influenced by PSD and soil compactness. 展开更多
关键词 bulk density fractal dimension multifractal characteristics shrinkage characteristics soil compactness
原文传递
不同固结条件下改良弱膨胀土微观分析 被引量:2
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作者 王欢 曹素娟 李宝宝 《建筑科学与工程学报》 CAS 北大核心 2023年第4期163-170,共8页
为研究黄泛区粉土质砂改良新乡地区弱膨胀土的改良效果,利用固结试验以及环境扫描电子显微镜试验分析了膨胀土及粉土质砂改良膨胀土的固结压缩特性及微观结构特性,对不同固结压力下的膨胀土、改良膨胀土微观结构进行定性分析,通过IPP和M... 为研究黄泛区粉土质砂改良新乡地区弱膨胀土的改良效果,利用固结试验以及环境扫描电子显微镜试验分析了膨胀土及粉土质砂改良膨胀土的固结压缩特性及微观结构特性,对不同固结压力下的膨胀土、改良膨胀土微观结构进行定性分析,通过IPP和MATLAB软件对土体孔隙分形变化特征做定量分析。结果表明:土体的压缩特性主要与土体内部颗粒间排列形式、紧密程度及孔隙的分布等有关,随着固结压力的逐级增大,两种土样的孔隙比、压缩系数均呈现逐渐减小的趋势,且同一固结压力下改良膨胀土的孔隙比小于膨胀土,压缩系数大于膨胀土,表明改良膨胀土的结构压缩性优于膨胀土;对不同试验条件下的微观结构进行对比分析发现,两种土样孔隙分布具有明显的分形特性,在一定范围内,随着固结压力的逐级增大,膨胀土、改良膨胀土的孔隙分形维数逐渐增大,且改良膨胀土的分形维数大于膨胀土,但变化范围小于膨胀土,说明改良膨胀土内部孔隙结构分布复杂、结构更稳定,黄泛区粉土质砂可以显著改善新乡地区弱膨胀土的固结压缩特性。 展开更多
关键词 改良膨胀土 粉土质砂 微观特性 分形维数
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固结压力对泥岩填料孔隙分布及土水特征曲线的影响
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作者 马丽娜 张扬 +3 位作者 余云燕 刘正疆 刘如珍 薛彦瑾 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期11-18,共8页
为研究固结压力对泥岩填料孔隙分布以及土水特征曲线(SWCC)的影响,以非饱和泥岩填料为研究对象,采用压汞试验分析不同固结压力作用下的土体微观孔隙分布,探究孔隙随荷载的演变规律,并结合毛细原理提出基于压汞实验计算SWCC的方法。结果... 为研究固结压力对泥岩填料孔隙分布以及土水特征曲线(SWCC)的影响,以非饱和泥岩填料为研究对象,采用压汞试验分析不同固结压力作用下的土体微观孔隙分布,探究孔隙随荷载的演变规律,并结合毛细原理提出基于压汞实验计算SWCC的方法。结果表明:土体中收缩孔隙的存在使得进-退汞曲线表现出显著的滞回性,且瓶颈效应使得压汞试验中土体小孔隙分布密度偏大,大孔隙分布密度偏小;选择分形曲线的转折点作为泥岩填料孔隙划分界限,可将其孔隙划分为5个部分,孔隙含量的变化以大中孔隙体积被压缩为主,小微和超微孔隙几乎不受固结压力的影响;干密度为1.5 g·cm^(-3)时不同固结压力作用下的土水特征曲线可采用对数曲线表示。 展开更多
关键词 泥岩填料 固结压力 孔隙 分形曲线 土水特征曲线 压汞试验
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毛乌素沙地樟子松人工林恢复过程中土壤粒径演变特征 被引量:2
14
作者 贺俊 《水土保持研究》 CSCD 北大核心 2023年第4期110-114,129,共6页
[目的]研究土壤颗粒分形维数与樟子松人工林恢复时间的关系,为评价毛乌素沙地植被恢复对土壤颗粒特征的影响提供数据支撑。[方法]以自然荒草地为对照,选择不同恢复年限樟子松人工林土壤为研究对象,分析了不同林龄樟子松林下土壤基本理... [目的]研究土壤颗粒分形维数与樟子松人工林恢复时间的关系,为评价毛乌素沙地植被恢复对土壤颗粒特征的影响提供数据支撑。[方法]以自然荒草地为对照,选择不同恢复年限樟子松人工林土壤为研究对象,分析了不同林龄樟子松林下土壤基本理化性质、颗粒粒径含量和分形维数,开展毛乌素沙地樟子松人工林恢复过程中土壤粒径演变特征研究。[结果]3种不同林龄樟子松土壤中细砂粒含量最多,极粗砂粒含量最少,并且随着土层深度的增加细砂粒含量和粗砂粒含量呈增加的趋势,而黏粒含量、粉粒含量以及极细砂粒含量呈现减少的趋势。随着土层深度的增加土壤中全氮、全磷、有机质以及土壤含水率均呈现减小的趋势。不同林龄下樟子松土壤颗粒分形维数范围为2.27~2.71,均值大小顺序表现为50 a>60 a>40 a>CK;全氮含量和土壤含水率的均值大小顺序均表现为60 a>50 a>CK>40 a;全磷含量和有机质含量的均值大小顺序均表现为60 a>50 a>40 a>CK。全氮、全磷和土壤有机质含量与分形维数间呈正相关关系,相关系数分别为0.391,0.418,0.522。[结论]樟子松人工林恢复显著影响土壤粒径和体积分形特征,且在恢复时间为50 a时达到最大值。 展开更多
关键词 土壤颗粒分布特征 土壤理化性质 分形维数 樟子松
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基于核磁共振及分形理论预测非饱和土石混合体SWCC
15
作者 幸锦雯 孙文 +2 位作者 余光耀 徐娜 麻建宏 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2023年第10期180-189,共10页
【目的】土石混合体的物理力学特性与土—水特征曲线(SWCC)关系紧密,直接或间接测量SWCC费时耗力,且所得结果具有离散性,因此建立预测非饱和土石混合体SWCC的理论模型具有现实意义。【方法】采用NMR技术反演得到横向弛豫时间T_(2)图谱,... 【目的】土石混合体的物理力学特性与土—水特征曲线(SWCC)关系紧密,直接或间接测量SWCC费时耗力,且所得结果具有离散性,因此建立预测非饱和土石混合体SWCC的理论模型具有现实意义。【方法】采用NMR技术反演得到横向弛豫时间T_(2)图谱,将之转化为累计孔隙体积曲线,从而结合Young-Laplace′s理论及分形理论,以T_(2)为纽带建立起体积含水率与基质吸力的理论模型,并对模型进行验证。【结果】结果显示:土石混合体具有多重分形特征,对其进行分区研究,可由体积含水率与基质吸力在双对数坐标中的斜率换算得出不同孔隙半径范围内的分形维数;体积含水率与基质吸力的对数值存在强烈的线性关系,其相关系数均≥0.995;初始含水率与模型中的拟合参数具有线性关系,且相关系数均≥0.990,模型中的参数均可通过初始含水率进行求解。【结论】结果表明:模型预测结果与实测SWCC吻合程度较高,可以很好地应用于非饱和土石混合体的SWCC预测中。 展开更多
关键词 土石混合体(SRM) 核磁共振(NMR) 分形理论 土—水特征曲线(SWCC)
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不同土地利用类型下土壤粒径分形分析——以黄土丘陵沟壑区为例 被引量:168
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作者 王德 傅伯杰 +2 位作者 陈利顶 赵文武 汪亚峰 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第7期3081-3089,共9页
土壤粒径分布影响土壤的水力特性、土壤肥力状况以及土壤侵蚀等,是重要土壤物理特性之一。在水蚀严重的黄土丘陵沟壑区,不同的土地利用类型对水土流失的阻截作用不同,因而进一步导致其土壤粒径分布的差异。对不同土地利用类型下土壤粒... 土壤粒径分布影响土壤的水力特性、土壤肥力状况以及土壤侵蚀等,是重要土壤物理特性之一。在水蚀严重的黄土丘陵沟壑区,不同的土地利用类型对水土流失的阻截作用不同,因而进一步导致其土壤粒径分布的差异。对不同土地利用类型下土壤粒径分布的分形和多重分形分析发现:黄绵土土壤粒径分布包含有3个无标度区间,分别为粘粒域、粉粒域和砂粒域;土壤粒径分布的分形维数D、粉粒域维数Dsilt、砂粒域维数Dsand、信息维数D1、信息维数/容量维数D1/D0与土壤细颗粒含量和有机质含量成显著的正相关关系;土地利用对分形维数D、粉粒域维数Dsilt、砂粒域维数Dsand、容量维数D0、信息维数D1、信息维数/容量维数比值D1/D0的影响较显著。这表明这些分形和多重分形参数可以作为反映土壤物理性质和土壤质量的潜在性指标,其实用性有待进一步探讨。 展开更多
关键词 土壤粒径分布 土地利用 分形特征 多重分形 土壤侵蚀
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非饱和土的渗透系数 被引量:40
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作者 孙大松 刘鹏 +1 位作者 夏小和 王建华 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2004年第3期71-75,共5页
非饱和土的渗透系数是分析水分和物质迁移的重要参数,直接测量非饱和土渗透系数的代价较高,且直接测量的精度较差,因此间接估算非饱和土渗透系数成为很好的选择。分形理论适合用来描述多孔介质的结构和透水性。本文建立了土体孔隙分布... 非饱和土的渗透系数是分析水分和物质迁移的重要参数,直接测量非饱和土渗透系数的代价较高,且直接测量的精度较差,因此间接估算非饱和土渗透系数成为很好的选择。分形理论适合用来描述多孔介质的结构和透水性。本文建立了土体孔隙分布的分形模型,导出用分维和进气值表示的水分特征曲线和渗透系数的理论表达式。与实验结果的比较表明,用分形模型计算得到的水分特征曲线和渗透系数与试验结果一致。 展开更多
关键词 渗透系数 非饱和土 分形 分维 水分特征曲线 孔隙分布 吸力
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土-水特征曲线的分形特性及其分析拟合 被引量:20
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作者 陶高梁 孔令伟 +2 位作者 肖衡林 马强 朱志政 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期2443-2447,共5页
为了建立一种参数有明确物理意义的土-水特征曲线拟合方法,基于分形理论,给出了一种直接通过土-水特征曲线实测数据求解分维数的计算方法,建议了一种土-水特征曲线拟合分析的分形模型。为验证所建议拟合方法的合理性,采用液压千斤顶制作... 为了建立一种参数有明确物理意义的土-水特征曲线拟合方法,基于分形理论,给出了一种直接通过土-水特征曲线实测数据求解分维数的计算方法,建议了一种土-水特征曲线拟合分析的分形模型。为验证所建议拟合方法的合理性,采用液压千斤顶制作了7个不同干密度黏性土试样,利用压力板仪测量了土-水特征曲线。基于土-水特征曲线实测值计算了分维数,在此基础之上对土-水特征曲线实测数据进行分析拟合。结果表明:分维数计算及拟合分析时,7个试样相关系数都集中在0.97~0.99之间,从而证明了土-水特征曲线具有良好的分形特性,建议的拟合方法效果较好。此外,研究发现,分维数、进气值随干密度几乎呈线性增加,据此建议了一种不同压实度下的土-水特征曲线预测方法,其预测结果与实测值吻合较好。 展开更多
关键词 土-水特征曲线 拟合分析 分形维数 分形模型
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湘西北小流域不同植被恢复区土壤微生物数量、生物量碳氮及其分形特征 被引量:48
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作者 漆良华 张旭东 +3 位作者 周金星 彭镇华 岳祥华 黄玲玲 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期14-20,共7页
研究湘西北女儿寨小流域退化土地马尾松天然林(Ⅰ)、杉木人工林(Ⅱ)、杜仲人工林(Ⅲ)、油桐人工林(Ⅳ)、润楠次生林(Ⅴ)、毛竹杉木混交林(Ⅵ)及荒草灌丛(Ⅶ)7种典型植被恢复模式土壤微生物数量、生物量碳氮及分形特征。结果表明:细菌是... 研究湘西北女儿寨小流域退化土地马尾松天然林(Ⅰ)、杉木人工林(Ⅱ)、杜仲人工林(Ⅲ)、油桐人工林(Ⅳ)、润楠次生林(Ⅴ)、毛竹杉木混交林(Ⅵ)及荒草灌丛(Ⅶ)7种典型植被恢复模式土壤微生物数量、生物量碳氮及分形特征。结果表明:细菌是土壤微生物的主要类群,数量多达2.153×105~5.60×106cfu·g-1,占全部微生物比例为72.83%~92.77%;其次为放线菌数量,为7.57×104~3.89×105cfu·g-1,所占比例为6.44%~25.61%;真菌数量最少,为4.60×103~4.77×104cfu·g-1,所占比例仅0.79%~1.99%。荒草灌丛模式土壤微生物量碳、微生物量氮含量总体偏低;微生物量碳排序为Ⅴ>Ⅲ>Ⅵ>Ⅳ>Ⅱ>Ⅰ>Ⅶ,各模式依次比荒草灌丛模式高出38.99%~39.67%,30.90%~35.31%,23.86%~26.60%,10.17%~10.24%,5.89%~6.11%,0.27%~1.09%;微生物量氮排序为Ⅴ>Ⅵ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅳ>Ⅶ>Ⅰ,除马尾松天然林模式外,其他5种模式土壤微生物量N依次高于荒草灌丛43.46%~44.27%,29.10%~29.60%,22.91%~24.11%,5.20%~5.93%,2.20%~4.45%。微生物量碳与细菌数量空间分布的分形特征最明显(D=5.4465,R=0.6720,P=0.0085),其次为微生物量碳与放线菌数量(D=5.3584,R=0.6391,P=0.0139),再次为微生物量氮与细菌数量(D=3.6874,R=0.5932,P=0.0253),而微生物量氮与土壤放线菌数量的分形模型未达到显著水平(R=0.3321,P=0.2460),微生物量碳、微生物量氮与真菌数量之间均不存在分形关系。 展开更多
关键词 植被恢复模式 土壤微生物数量 微生物量碳 微生物量氮 分形特征
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黄土区露天煤矿排土场重构土壤颗粒组成的多重分形特征 被引量:65
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作者 王金满 张萌 +2 位作者 白中科 杨睿璇 郭凌俐 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期230-238,共9页
排土场复垦土壤是由人为方式通过不同重构工艺构成的复杂整体,其由不同颗粒组成、具有不规则形状的特性,其核心工作是重构一个适合植被生长的土壤结构。为了更好地对排土场重构土壤结构进行定量表征,该文通过引入土壤多重分形理论,对山... 排土场复垦土壤是由人为方式通过不同重构工艺构成的复杂整体,其由不同颗粒组成、具有不规则形状的特性,其核心工作是重构一个适合植被生长的土壤结构。为了更好地对排土场重构土壤结构进行定量表征,该文通过引入土壤多重分形理论,对山西平朔矿区安太堡露天煤矿排土场4种重构土壤方案(含砾石黄土母质覆盖、含煤矸石黄土覆盖、全黄土母质覆盖、含料姜土黄土覆盖)的2 mm以下土壤粒径分布进行了多重分形参数计算,计算参数包括广义维数谱D(q)、多重分形奇异性指数α(q)以及多重分形谱函数f(α(q))等,并对不同分形参数之间的关系进行了计算。通过研究发现:该研究区大型露天煤矿排土场重构土壤颗粒组成具有明显的多重分形特征,D(0)、D(1)、D(1)/D(0)、Δα和Δf反映了土壤颗粒分布的非均匀质特征;该研究区黄土重构剖面的土壤粒径分布范围较小、测度集中程度较高、离散程度较小,土壤粒径组成非均匀性低;多重分形参数之间具有较好的相关性,可以简化选择D(0)、D(1)/D(0)和Δα或D(0)、D(1)和Δf 3个参数实现对黄土区重构土壤颗粒组成分布的定量表征;黄土重构剖面0~90 cm内土壤多重分形参数变化明显,黄土区表层土壤覆盖厚度应在90 cm以上,煤矸石和砾石对重构土壤颗粒的离散程度有一定的影响,应排弃在90 cm以下土层。该研究可为黄土区露天煤矿排土场土地复垦以及重构土壤质量的量化提供理论依据。 展开更多
关键词 土地复垦 土壤 重构 露天煤矿 多重分形特征 黄土区
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