岩土工程中土壤力学参数的影响因素研究

岩土工程作为众多工程领域的关键基础,土壤力学参数的准确性至关重要。本文综合研究岩土工程中的土壤力学参数,涵盖摩擦角、粘聚力等关键指标,并深入探究土壤强度、硬度等性能。同时,本文分析环境、物理、化学等多重因素对土壤力学性能的影响,如土壤成分、湿度等。通过大量实验与定量分析,揭示各因素间的紧密关联及其对土壤性能的共同决定作用,为工程实践提供科学依据。例如,高温能够降低土壤黏性并增加其硬度。湿度的增加则能使土壤变得更软,降低其强度,但在一定湿度范围内,土壤反而会显示出较好的抗压能力和弹性。进一步地,本研究还探索了以上各类影响因素与土壤力学参数之间的相互关系,明确了其中存在的相互作用机制,提出了一种土壤力学性能预测模型,为岩土工程设计与施工提供了科学可靠的理论依据和计算工具。这将大大降低岩土工程中的风险和不确定性,从而提高工程建设的效率和安全性。

田间土壤力学参数测定方法研究

总结了车辆地面力学研究常用的土壤力学参数检测方法,结合现代农业车辆智能化发展思想,提出了结合车辆动力学参数的在线检测进行土壤力学参数估计的方法。

火星表面土壤力学性能参数研究

行星表面的土壤力学特性及基于轮壤接触力学的牵引性能是星球车行走系统设计过程的重点。以车辆地面力学理论为基础,总结分析了月壤及火星土壤力学参数特点。基于模拟月壤力学参数模型建立方法,提出疏松细粒类、适中块状类、密实硬质类三种类型的模拟火星土壤力学参数模型,涵盖火星表面从低承载力到硬实地面的表层土壤类型,为模拟火星土壤制备、建立火星车轮壤力学模型、进行星球车行走系统设计及地面牵引性能试验提供技术支持。

沙地土壤有机质与土壤水动力学参数的关系

试验测定了不同有机质含量的沙地土壤饱和导水率、水分特征曲线及一些水分常数,研究分析了沙地土壤有机质含量与水动力学参数的关系以及有机质影响沙地土壤水分运动的机理。结果表明沙地土壤有机质含量与几个水分常数均呈极显著线性相关,土壤水吸力相同时有机质含量越高,土壤含水量也越大;土壤有机质含量和<0.01mm物理性粘粒与土壤饱和导水率呈极显著线性负相关,沙地土壤有机质是影响水分动力学参数最重要的因子之一。

基于支持向量机的土壤水力学参数预测

为了分析支持向量机在土壤水力学参数预测方面的效果,应用支持向量机构建用于预测土壤水力学参数的土壤传递函数,以土壤粒径分布、容重、有机质含量等土壤理化性质为输入项,分别预测土壤饱和导水率、饱和含水率、残余含水率,以及van Genuchten公式参数的对数形式。结果表明预测值和实测值不存在显著性差异,用支持向量机预测土壤水力学参数是可行的。不同输入项处理的预测分析表明,输入项为粒径分布、粒径分布和容重、粒径分布和有机质含量3种情况的预测效果差异不明显,而输入项为粒径分布、容重和有机质含量时预测效果优于前3种情况。支持向量机在预测土壤水力学参数方面的效果要优于多元线性逐步回归模型,而与BP神经网络模型相比不具有明显好的预测效果。

RETC推求土壤水动力学参数的室内试验研究

本研究采用间接方法,由土壤的颗粒组成和容重利用RETC软件推导出实验土壤的土壤水分曲线方程和土壤水分传导率方程,并用室内试验结果进行验证。结果表明,土壤含水量和土壤水分传导率的计算值与试验实测值误差较小,RETC用于计算试验区的土壤水动力学参数是可靠的。

土壤水力学特征参数空间变异的研究方法评述

对非饱和土壤水力学特征参数空间变异的标定理论、随机理论、土壤传递函数、分形理论和统计方法等5种研究方法作了比较全面的介绍,分析了各种方法的优点和局限性,指出了土壤水力学特征参数空间变异研究中需要解决的参数测定、模型系数单一化和参数空间变异特征3个关键问题,认为多种方法相结合是研究土壤水力学特征参数空间变异尤其是大尺度空间变异的有效途径。

苔藓泥炭对高含沙土壤水动力学参数的影响

从水动力学角度探讨了苔藓泥炭对高含沙(沙土比7∶3)土壤水分运动的影响。结果表明:随着苔藓泥炭含量增加,土壤饱和含水量、毛管含水量和田间持水量均线性增加;土壤持水曲线逐渐上移,持水性和供水能力明显增加,当吸力增加到0.5×105Pa时,各处理土壤的比水容量均出现10-2数级;原状土饱和导水率随泥炭含量增加呈先增后降的变化趋势,在30 g/kg达到最大值,而压实后的饱和导水率呈逐渐下降趋势。

生物炭对不同坡度坡耕地土壤水动力学参数的影响

在3种地形坡度条件下,开展了施加生物炭后连续两年的土壤水动力学效应试验研究,探究不同坡度坡耕地施加生物炭当年和次年对土壤水分常数、土壤水分特征曲线、比水容量、非饱和导水率K(h)和非饱和扩散率D(θ)的影响。结果表明:施用生物炭当年和次年均使土壤田间持水率和饱和含水率增大,且随坡度增加其增率变大,生物炭因子两年内对土壤水分常数的影响显著(P <0. 015),而坡度因子影响不显著(P> 0. 05),即生物炭因子作用更明显;施用生物炭两年内,在各个土壤吸力条件下土壤含水率均增大,土壤持水性增强,且同地形坡度呈正相关关系、同年限呈负相关关系;生物炭在两年内均增大土壤比水容量,使其供水能力加强,最大增量1. 830 207×10^(-3)cm^3/cm^4;地形坡度对K(h)无明显影响,但施加生物炭可使K(h)增大,土壤导水性增强,2016、2017年K(h)最高分别增加239. 61%、164. 04%;施加生物炭可降低D(θ),抑制土壤水分的水平运动,随地形坡度增加抑制效果增强。生物炭施用当年对各土壤水动力学参数的影响大于施用次年。研究结果可为东北黑土区坡耕地农业水土保护和利用提供理论依据。

黄河冲积平原表层土壤水力学参数的空间变异特征

为了解黄河冲积平原表层土壤水力学参数的空间变异特征,以河南省兰考县为分析对象,采用地统计学和GIS相结合的方法,分析土壤表层水力学参数的空间变异。结果表明,土壤干容重和土壤含水率的变异系数分别为7.8%、9.2%,呈现出弱变异;土壤渗透系数的变异系数为173.2%,呈现出强变异。土壤水力学参数均具有二阶趋势效应。土壤干容重和土壤含水率的块基比分别为0.458、0.500,具有中等空间自相关性;土壤渗透系数的块基比为0.034,具有强空间自相关性。研究区土壤干容重和土壤含水率整体均表现为由西向东逐步增大;土壤渗透系数较大值主要集中在北部,较小值主要集中在中东部,整体表现为由中部向四周逐步增大。

利用盘式吸渗仪确定土壤水力学参数研究进展

各种农业措施显著影响土壤的物理性质,特别是土壤水力学参数。随着计算机模型广泛用于土壤物质迁移的预测预报,准确确定土壤水力学参数成为一项重要的研究任务。盘式吸渗仪作为一种简便实用的仪器正被广泛用于田间土壤水力学参数的测定。国内外学者研究了稳态、瞬态和反推等方法,利用盘式吸渗仪来确定土壤近饱和导水率、吸渗率和水分特征曲线。同时该仪器可以用于田间测定土壤孔隙分布状况,以及两区模型中的参数。笔者对国内外有关盘式吸渗仪研究从相关理论和应用方面进展进行了综述,并对田间测定操作中注意的问题进行评述,指导田间试验以获得准确的测定数据。盘式吸渗仪在田间测定土壤孔隙,特别是大孔隙流方面有独特的优点,但是其并未在中国不同质地土壤上得以广泛应用。

玉树地区降水条件下潜在滑坡体位移及土壤水分变化特征研究

基于玉树典型滑坡风险区的降雨量、土壤含水量和坡面累计位移监测数据,利用Darcy–Richards方程进行不同坡位下土壤含水量的模拟,探究降水条件下潜在滑坡体位移及土壤水分变化特征。结果表明:研究区上、下坡位不同土层深度下土壤含水量与降雨量变化趋势一致,土壤含水量变化波动随土层深度的增加而降低。降雨量多的月份上、下坡位较浅层土壤含水量均高于较深层土壤;在降雨量较少的月份,上坡位土层土壤含水量表现为30 cm<60 cm<120 cm<90 cm,下坡位土层土壤含水量表现为60 cm>30 cm>120 cm>90 cm。下坡位的垂直位移与水平位移的变化量均高于上坡位,上坡位最大垂直位移出现和结束均早于最大水平位移;下坡位垂直位移与水平位移先呈上升趋势,达到最大垂直位移累计量,而后又迅速下降。不同深度土壤水力学参数反演结果发现,随着土层深度的增加,土壤的饱和含水量和参数α明显减小,而土壤的饱和导水率Ks则随土层深度的增加而增大,土壤的参数n基本稳定。研究结果可为高原地区滑坡预报预警和风险防控提供科技支撑。

土壤水力学参数数值反演方法研究进展

数值反演方法是一种间接测定土壤水力学参数的方法。本文介绍了数值反演方法发展的历程和该法使用中存在的问题以及解决方法。

土壤原位触探技术与贯入机理研究进展

土壤原位触探技术是一种获取土壤物理力学参数的重要方法,具有准确、快速、可连续测试等优点,在海洋岩土勘探、行星表面地质探测、军用车辆越野路面机动性评估等领域具有广阔的应用背景。本文系统地概述了土壤原位触探技术的发展历程、仪器组成与基本原理,并介绍了其在民用与国防领域的应用。基于圆锥静力触探和自落式动力触探这两种典型的原位触探技术,总结了理论分析方法、数值模拟方法和试验方法在贯入机理研究方面的进展。最后,对土壤原位触探技术进行了展望,为土壤原位触探技术未来的发展提供了理论依据和工程技术参考。

论土的固结试验方法及其原理和应用

土壤固结特性对工程建设具有重要指导意义,本文详细研究了土的固结试验方法、原理及应用,着重介绍了标准固结试验和快速固结试验,以及所需的仪器设备。通过淤泥样品的实验案例分析,探讨了固结系数的测定方法和先期固结压力的确定,通过标准固结试验数据,成功获得了土壤的先期固结压力,可以为工程设计提供准确的土壤力学参数,以提高基础工程的稳定性。

生物质炭施用对土壤水分影响的研究进展

土壤水分是植物生存及生长发育的物质基础,不仅决定植被的分布格局,而且对作物的产量及品质等均具有重要影响。生物质炭因其特殊的孔隙结构和肥力等特征,在改善土壤水分、提高土壤肥力、促进作物生长及增加产量等方面具有重要意义。然而,因生物质炭种类、颗粒大小、裂解温度、施用量及施入土壤类型等的不同,导致炭添加后对土壤水分等方面的影响存在较大差异,限制了生物质炭在农业生产及土壤改良等方面的广泛应用。为深入理解生物质炭对土壤水分的影响,从土壤水动力学参数、土壤含水率、蒸散发及水分利用效率等方面对生物质炭添加的响应进行总结,并就生物质炭与土壤水分之间的相互关系研究进行了展望,以期为生物质炭更好的服务于土壤改良及农业生产提供参考。

若尔盖高寒草甸表层土壤水分特征曲线传递函数研究

土壤水力学性质是土壤水文和流域水文模型模拟的重要参数。通过代表性样点采样分析,建立土壤基本理化指标为自变量的传递函数,是区域尺度土壤水力学参数估算的一种重要方法。受水文气候条件、土壤属性等多要素的影响,现有土壤水力学参数传递函数模型在高寒地区的适用性较为有限。为获得高寒草地准确的土壤水力学参数,本文以青藏高原东缘若尔盖高寒草甸表层土壤(0~20 cm)为研究对象,测定了土壤基本理化性质(有机质含量、容重、颗粒组成等)和土壤水分特征曲线。在van Genuchten(VG)模型参数拟合及Pearson相关分析的基础上,运用多元逐步线性回归分析法,分别构建了VG模型参数估算模型和三组点估算模型。结果显示:(1)采用本研究构建的土壤水力学传递函数所得的估算值与实测数据的相对误差与平均相对误差总体小,准确度高;(2)本文构建的点估算模型拟合效果均较好,在基本理化性质的基础上增加滞留含水量(θr)和田间持水量(θ_(330)),均能提高传递函数的估算准确度;(3)对于土壤数据较为缺失的高寒草地区域,以只采用土壤颗粒组成、容重和有机质含量作为自变量构建的传递函数组A更具可行性。该研究为高寒草地土壤水力学参数的估算提供了实用的函数工具,其应用可为高寒草甸土壤水文、生态、水资源管理等研究提供参数支撑。

基于BP神经网络的土壤水力学参数预测

为了获取区域土壤水分和溶质运移模拟所需的土壤水力学参数,利用黄淮海平原曲周县的试验资料建立基于BP神经网络的土壤转换函数模型。本文采用土壤粒径分布、容重、有机质含量等土壤基本理化性质,来预测土壤饱和导水率Ks、饱和含水量sθ、残余含水量θr、以及van Genuchten公式参数α、n的对数形式ln(α)和ln(n),并与多元线性逐步回归方法进行比较。t检验结果表明,BP神经网络训练和预测得到的模拟值与实测值之间吻合很好,该方法具有较高的预测精度。通过对平均相对误差的比较,得出在粒径分布的基础上增加容重、有机质含量等输入项目,可以提高部分土壤水力学参数的预测精度,而有些参数的预测精度反而降低。以误差平方和为标准的比较结果表明,BP神经网络模型的预测效果总的来看要优于多元线性回归法。

基于HYDRUS-2D的土壤水力特征参数反演及其时空变异性研究

为研究田间尺度灌溉条件下土壤水力特征参数的时空变异性,基于甘肃省武威市石羊河试验站葡萄园内土壤含水率数据,采用HYDRUS-2D模型反演估计不同生育期不同深度的土壤水力特征参数,评估反演参数的土壤含水率模拟效果,分析其时空变异性。结果表明:田间尺度下采用反演参数模拟不同深度土壤含水率的变化的效果优于同种情况下Rosetta模型预测参数的模拟效果;反演参数在果实膨大期和转色期的模拟效果好于其它生育期,反演的拟合优度R2值由Rosetta模型的0.4~0.5提高到了0.7~0.8,均方根误差RMSE和平均绝对误差MAE值由Rosetta模型的0.04~0.05 cm^(3)/cm^(3)和0.03~0.04 cm^(3)/cm^(3)分别降低到了0.03~0.04 cm^(3)/cm^(3)和0.02~0.03 cm^(3)/cm^(3);此外,反演出的土壤水力学特征参数只适用于参与反演过程类似条件下的模拟,应用于有明显差异的情景时,模拟精度显著降低;反演得出的3个参数土壤饱和导水率Ks、土壤水吸力方程参数α、土壤孔隙大小分布系数n均表现出了一定的时空变异性,其中Ks和n的时空变异性小,α在0~10 m-1,时空变异性大。本研究可为准确预测农田土壤含水率的变化,制定合理的灌溉制度,提高水分利用效率提供科学依据。

黄土高原不同植被带人工刺槐林土壤氮磷转化酶动力学参数及其温度敏感性

土壤酶是有机质降解的催化剂,其动力学特征是表征酶催化性能的重要指标,对评价土壤健康质量有重要作用。本研究选择黄土高原3种植被带下人工刺槐林土壤为对象,探讨了土壤酶动力学参数对温度变化的响应及其温度敏感性(Q10)的变化特征。结果表明:随着培养温度的升高,土壤丙氨酸转氨酶、亮氨酸氨基肽酶和碱性磷酸酶的潜在最大反应速率(Vmax)和半饱和常数(Km)均呈线性增加,且Vmax呈现出森林带>森林草原带>草原带的地带性规律。Vmax的温度敏感性(Q(10(Vmax)))为1.14~1.62,Km的温度敏感性(Q10(Km))为1.05~1.47,且两者在森林草原带的值均低于其他植被带。在低、高温区,不同土壤酶的Q10在各植被带间的变化也不尽相同。冗余分析显示,Q10与环境变量尤其是土壤养分有显著的相关关系,这表明Q10可能还受到除温度以外其他环境因子的影响。