福建典型崩壁土壤硬度特征及其影响因素

土壤硬度影响崩岗土壤的稳定性,为探究崩壁土壤的硬度特征及其影响因素,以福建省4个典型花岗岩崩岗发生区(诏安县、安溪县、长汀县、邵武市)的崩壁剖面为研究对象,采用TYD-1型硬度计在野外原位测定土壤硬度,比较不同区域崩壁剖面土壤硬度的差异,研究土壤硬度随剖面深度的变化特征,探究土壤硬度与土壤性质的关系。结果表明,随着土层加深,安溪县、长汀县及邵武市崩壁的土壤硬度整体呈降低的趋势,而诏安县崩壁的土壤硬度则呈先减小后增大的趋势;崩壁土壤硬度的平均值大小为诏安县(24.11 MPa)>长汀县(22.15 MPa)>安溪县(19.83 MPa)>邵武市(14.74 MPa)。影响诏安县崩壁土壤硬度的主要因子为游离氧化铝含量,影响安溪县和邵武市崩壁土壤硬度的主要因子为游离氧化铝和黏粒含量,影响长汀县崩壁土壤硬度的主要因子为土壤有机质和游离氧化铝含量。游离氧化铝是影响4个典型花岗岩崩岗发生区崩壁土壤硬度的共同主要因素,可作为表征研究区域崩岗土壤硬度特征的优选因子。

南方崩岗侵蚀区崩壁龛穴发育特征与稳定性初探

南方花岗岩崩岗侵蚀区崩壁常见形似内凹洞的特殊地貌(龛穴),该地貌的发育可引起崩壁失稳并扩大崩岗侵蚀范围。通过刻画龛穴形态演变过程,研究龛穴发生的物质条件与驱动因素,并结合力矩分析方法构建力学模型评价崩壁及龛穴稳定性。研究表明:龛穴形态演变经历“雏形—发育—形成”3个过程,剖面土层异质性是龛穴发育的基础条件,水力与重力作为外部因素共同作用驱动龛穴发育。龛穴稳定性随其高度增加、角度减小而降低。龛穴的发育可能是崩岗溯源侵蚀启动的标志,遏制龛穴形成有利于提高崩壁稳定性,研究结果为崩岗侵蚀治理提供理论依据。

华南活动型崩岗崩壁土体的崩解特性及其影响因素

崩岗的侵蚀过程主要是通过崩壁的坍塌作用来完成,崩壁土体的坍塌必然有水的参与,土体遇水将发生崩解现象,因此,研究崩壁土体坍塌需先研究其崩解特性。通过分层采集崩壁土体4个层次的土样,进行不同层次崩壁土体的理化性质和崩解特性测试分析。结果表明:(1)崩壁土体的4个层次(红土层、砂土层、碎屑层、碎石角砾残积层)的理化性质与风化壳的风化程度有密切联系,随风化程度的高低而有规律的变化。(2)在崩壁土体垂直剖面上,碎石角砾残积层的崩解速度最快,红土层最慢,崩解速度快慢表现为红土层<砂土层<碎屑层<碎石角砾残积层;初始含水量对红土层、砂土层的崩解速度影响较大,对碎屑层、碎石角砾残积层的影响较少。(3)影响崩壁土体崩解特性的理化因子众多。其中对崩解速度有显著正相关影响的理化因子按相关系数大小排序为砂粒含量、MgO、自然含水量、K_2O、CaO、交换性钠、pH、Na_2O、孔隙度、阳离子交换量;有显著负相关影响的理化因子按相关系数大小排序为粘粒、Fe_2O_3、Al_2O_3、TiO_2、SiO_2、粉粒、有机质、游离氧化铁、游离氧化铝;只有交换性钙、饱和含水量、土粒比重、土粒干密度这4个因子与崩解速度的相关性不显著。崩壁不同层次土体的理化性质的分异性是崩解产生显著差异的基础,而崩壁土体崩解速度的层次分异性是崩壁坍塌的重要因素之一。

崩岗侵蚀区崩壁土体湿化机理及影响因素分析

以广东五华县莲塘岗崩岗崩壁土体为研究对象,结合土体物理特性,采用野外湿化试验测定土体浸水后的完全崩解时间,初步阐明其湿化机理,并分析其影响因素。结果表明:(1)崩壁不同层位土体的成份、结构、粒度等存在差异,使其物理性质受水力作用影响显著,抗冲抗蚀能力从强到弱分别为表土层、红土层、砂土层。(2)崩壁不同层位土体浸水后,水呈非均衡态进入土体孔隙,粒间斥力超过吸力,产生应力集中现象,使土体结构受到破坏,导致崩解现象发生;砂土层崩解速度明显高于表土层和红土层,遇水软化性极强。(3)土体结构的粒度成分及孔隙性影响崩壁土体的崩解性。相比红土层和表土层,砂土层粗颗粒含量较高,湿化崩解时间较短。孔隙发育程度较低的红土层,其湿化崩解所需时间比砂土层长;从红土层到砂土层,随着初始含水率增大,崩解速度不断加快,意味着红土层受到水力侵蚀后,下部砂土层受到的侵蚀将更加严重。一旦水分下渗至砂土层,将导致崩岗侵蚀进一步快速发展。

鄂东南花岗岩崩岗崩壁土壤水分特征研究

针对鄂东南地区崩岗崩壁不同层次的土壤水分特征进行研究,旨在区分各层次土壤水分与崩岗侵蚀的联系。结果表明,崩壁不同层次的土壤性质存在差异,同时土壤水分特征曲线有一定的变化规律,表土层和红土层持水能力强于斑纹层和碎屑层,土壤水分特征曲线用Gardner模型拟合有较好效果。利用TDR对崩壁水分含量进行测定发现,表土层的含水量从上到下呈现逐渐增大的趋势,红土层至碎屑层含水量逐渐变小。崩壁纵剖面由里到外逐渐减小,且表层土壤水平方向上的土壤含水量变化量要大于剖面底层。

东南崩岗侵蚀区崩壁土壤岩土特性的空间分异特征

为明确花岗岩崩岗区崩壁土壤理化性质与抗剪强度的空间异质性,进一步量化两者之间的定量关系,以福建省安溪县典型崩岗区崩壁土壤为研究对象,对崩壁垂直(红土层、砂土层和碎屑层)和水平(表层和内部)两个方向不同深度土壤理化性质和抗剪强度的差异进行分析。结果表明:崩壁不同土层表层土壤游离态铁铝氧化物和无定形态铁铝氧化物含量均大于内部土壤,而有机质、pH值、颗粒组成和抗剪强度参数不同土层表层和内部土壤的差异规律不明显;崩壁不同土层土壤性质差异显著,红土层土壤的游离态铁铝氧化物、无定形态铁铝氧化物含量、黏粒、黏聚力最大,碎屑层最小;相关分析表明土壤游离态和无定形态铁铝氧化物、有机质、中粉粒和更小细颗粒与土壤黏聚力呈显著正相关,游离氧化锰、粗粉粒及以上粗颗粒与黏聚力呈显著负相关;内摩擦角与游离氧化铁呈显著正相关;逐步回归分析表明无定形氧化铝、游离氧化铁、细黏粒、细粉粒为影响崩壁抗剪强度的主要土壤因子,根据4个主要影响因子建立了崩壁土壤抗剪强度的预测模型(r=0.96,P<0.01,RMSE=10.44)。

聚丙烯酰胺在侵蚀崩壁不同层次土壤的吸附特征

采用静置吸附法分析聚丙烯酰胺（PAM）在侵蚀崩壁3个层次土壤的静态吸附行为,研究不同的液固比例、吸附时间对吸附量的影响,得出吸附等温线。结果表明：PAM在红土层和砂土层土壤中吸附的最佳液固比例是20∶1;在碎屑层土壤中的最佳液固比例是25∶1。PAM在红土层土壤中静态吸附量趋于零,主要受土壤质地、有机质含量等因素的影响;在砂土层和碎屑层土壤中,PAM浓度为100mg/L和200mg/L时,平衡吸附时间为28-32h;PAM浓度为300-500mg/L时,平衡吸附时间为20-24h;对砂土层和碎屑层土壤的吸附等温线进行回归拟合均符合Langmuir吸附模型。

基于龛深及其上覆土层稳定性的崩壁崩坍形成条件研究

[目的]研究龛的形态与崩岗发育及崩岗侵蚀之间的关系,为崩岗治理规划、崩岗防治工程技术的改进提供一定的数据参考。[方法]以湖北省通城县典型崩岗区崩壁土体为对象,构建崩壁连同龛二维数值模型,结合物理试验标定模拟所用的崩壁各土层基本特性参数。引入符合龛演化过程的"单元生死法",对引起天然状态下的崩壁明显崩塌(坍)所需的龛深最小(临界)值进行定量分析,并借助正交有限单元试验(ABAQUS)对诱发崩壁崩坍的因素进行主次评价,之后选取若干未降雨条件下不导致崩壁崩坍的龛深值,联合高阶插值与强度折减法导出了这些龛深与触发龛上覆红黏土体崩坍所需的极限饱和度之间的定量方程式。[结果]龛深与崩壁的稳定性系数呈显著线性负相关;龛上覆土层的含水量是促使崩壁发生崩坍的最重要因子,坡度对崩壁稳定性影响较大,而龛相对高度及崩壁高度均对崩壁的稳定性影响极小。[结论]崩壁崩坍的可能性在很大程度上受控于龛的凹陷深度和龛上覆红黏土体的含水状态,在崩岗侵蚀综合治理时需加以考虑。

含水率及坡度对红壤丘陵区崩岗崩壁重力侵蚀影响规律的有限元分析

花岗岩崩岗区崩壁的坍塌、崩落,主要是由于崩壁岩土体存在裂隙,在雨水作用下,由重力作用引发崩壁失去稳态而崩塌,含水率和坡度是影响崩壁重力侵蚀(稳定性)的重要因素。为系统探索不同坡度的崩岗崩壁剖面在降雨或干旱环境下的稳定性情况,结合对湖北省通城县室内浸泡或风干不同时间的崩壁土体进行直剪试验得出的强度初始参数,选取8种分析坡度,采用Abaqus有限单元强度折减法计算了不同坡度的崩壁在不同含水率下的安全系数和潜在滑动面。结果表明:在同一含水率下,随着崩壁坡度的增大,坡度对临界滑动面位置变化的影响程度减小,安全系数非线性降低;在同一坡度下,随着崩壁含水率的增大,安全系数先增大后减小,含水率对临界滑动面的影响程度先减小后增大再减小,且影响比较显著。通过数据描点发现安全系数与整体含水率之间存在三次函数关系,与坡度之间呈对数型函数分布,并建立了安全系数与整体含水率和坡度之间的一般定量关系式。综合分析崩壁的破坏方式可知,当崩壁较缓时,崩壁滑动面呈圆弧滑移状,失稳类型属于滑移破坏型;当崩壁较陡(尤其>60°)时,滑动面近似直线状,失稳属于崩塌破坏型。坡度越大,张拉破坏区向土体内部延伸的深度越大,越易崩塌。通过查阅文献并与前人的研究成果做对比,来验证数值计算结果的合理性与适用性。成果可为崩岗灾害的防治体系建设提供借鉴。

南方崩岗崩壁快速稳定和绿化研究综述

崩岗是我国南方水土流失的一种特殊类型和沟壑侵蚀的一种特殊形式,崩壁是崩岗最主要的组成部分,崩岗的侵蚀过程主要是通过崩壁的崩塌作用来完成的,在崩岗的治理研究中,崩壁的治理是最重点也是最难点。本文从南方崩岗崩壁的快速稳定和绿化方面进行分析,探讨并总结了崩壁治理的模式,提出了崩壁治理进一步研究工作的展望。

崩壁土壤界限含水率特征及影响因子研究

为了探究崩岗崩壁土壤界限含水率特征,采集长汀崩岗崩壁7个不同深度土层土壤样品研究了液塑限特征及其影响因子。研究结果表明,随着土层深度的增加,土壤液限、塑限以及缩限逐渐减小;界限含水率受土壤粒径分布与有机质含量的共同影响,随着黏粒含量与有机质含量的增加,土壤液限、塑限以及缩限变大,并且黏粒含量对界限含水率的影响最为明显,呈极显著的相关关系。土壤界限含水率与崩岗侵蚀发育密切相关,A、B层较高的液塑限值使得水分运移过程中土层重量增加,剪切力增大,坡力稳定性降低,C层液塑限值较低,容易在水分下渗产生流失,进而发生崩塌。A层和B层的缩限特征导致土壤容易形成裂隙,产生优先流,加剧崩岗的发育。研究结果为崩岗侵蚀机理研究及其治理提供理论依据。

不同复绿技术模式对崩岗崩壁稳定性影响研究

采用不同草灌复合模式对南方崩岗崩壁进行了复绿研究,分析了各复绿技术模式下崩壁土壤侵蚀模数、含水量及崩壁稳定系数。结果表明:各复绿技术模式能显著降低崩壁土壤侵蚀模数(P=0.05),但各处理模式间崩壁土壤含水量无显著差异。崩壁土壤含水量与前期类降雨量间呈显著线性关系。各复绿技术模式处理崩壁稳定系数显著高于未处理崩壁稳定系数(P=0.05),但各复绿技术模式崩壁稳定系数间无显著差异。崩壁稳定系数与土壤含水量间呈开口向下的二次抛物线关系,基于二者函数关系计算了各处理崩壁稳定系数最大所对应的崩壁适宜含水量,未处理崩壁适宜含水量最小。总体而言,不同复合技术模式均减低了崩壁土壤侵蚀模数,提高了崩壁稳定性。

基于层次分析法的几种崩岗崩壁治理模式评价研究

在南方红壤区崩岗易发区域选取典型崩岗崩壁为研究对象,基于层次分析法开展崩岗崩壁治理模式优选研究,为区域开展崩岗崩壁治理提供科学参考。研究设置细沟喷播植草/灌(RSP)、小台阶细沟喷播植草/灌(SSR)、小台阶三维网喷播植草/灌(SST)、三维网喷播植草/灌(TDM)、土工格网喷播植草/灌(GGP)、穴植草/灌(HPG)、细沟喷播植灌木(RPS)、细沟喷播植牧草(RPG)和对照(CON)等9种处理。通过观测崩壁土壤含水量、崩壁稳定系数、植被覆盖度、侵蚀量和径流量等指标,系统分析不同治理模式对崩岗崩壁复绿、稳定的作用。结果表明,TDM处理为最优崩壁治理技术模式,在相关区域可适当推广应用。

不同固结时间崩岗土体抗剪强度的差异

在不同的固结条件下崩岗崩壁土体抗剪强度因孔隙变化、水分运动等而发生变化,深入了解崩岗土壤固结过程对抗剪强度的影响对于解析崩壁土体稳定性具有重要意义。为了给崩岗崩塌侵蚀过程研究提供基础数据和理论参考,通过对典型崩岗各土层试样进行不同时间预压固结,采用四联直剪仪测试土壤的抗剪强度,分析了固结时间与崩岗土体抗剪强度、黏聚力、内摩擦角的关系。结果表明:(1)崩岗红土层土体抗剪强度在土壤含水率为20%时相对较大但随固结时间的延长呈减小趋势,在含水率为24%~32%时随固结时间的延长变化相对较小;崩岗砂土层土体抗剪强度随固结时间延长,在垂直压强为100~200 kPa时变化较大,在垂直压强为50、300 kPa时变化较小;在不同固结时间情况下,崩岗碎屑层土体抗剪强度变化均较小。(2)随着固结时间的延长,崩岗红土层土体黏聚力在含水率为24%~32%时呈增大趋势,崩岗砂土层土体黏聚力在一定范围波动变化,崩岗碎屑层土体黏聚力受固结时间的影响较小。(3)随着固结时间的延长,崩岗红土层土体内摩擦角呈减小趋势,崩岗砂土层和碎屑层内摩擦角变化较小。

崩岗土体的渗透性能机理研究

采用改进的马利奥特(Mariotte)双环渗透仪,结合土壤常规理化分析,采用DPS 5.02等数理统计方法,探讨崩岗土体不同层次的入渗特性机理。结果表明:(1)红土层、砂土层和碎屑层累积入渗量与入渗时间呈v=at-n幂函数关系,符合考斯加柯夫(Kostiakov)模型。(2)从初渗率、稳渗率、平均入渗率、入渗量角度分析可知,各土层的入渗性能为红土层>砂土层>碎屑层。(3)对影响入渗的因子进行分析可知,土壤的有机质含量、土壤团聚状况及土壤结构与崩岗各土层的渗透性能关系密切。

崩岗侵蚀的成因机理研究与问题

现有研究成果表明:疏松、深厚的基岩风化壳(尤其是花岗岩)是崩岗发育的物质基础,花岗岩内各种节理、裂隙存在形成大量的软弱结构面,使土体在重力作用下极易产生崩岗;降雨是崩岗侵蚀的重要诱发因素,它产生地表径流,引起冲刷,同时还通过入渗,增加土体自重和降低抗剪强度而促进崩岗发育;崩壁侵蚀量的测定是采用常规方法或航片结合常规调查的方法进行。由于这些研究未能明确崩岗侵蚀的主导岩土特性及随土壤含水量变化的规律,尤其是未能测定瞬时崩壁侵蚀量,导致成因机理的深入研究受到限制。为此,作者提出采用无棱镜全站仪测量瞬时崩壁侵蚀量,通过钻探方式获取自然地理条件相似的崩岗密集区与非崩岗区的岩土体,提炼主导岩土特性及与降雨的关系,进一步探讨崩岗侵蚀的成因机理。

植物根系固土作用对崩岗稳定性影响的数值模拟

植物护坡是防治崩岗侵蚀的重要方法,为了研究根系固土作用对鄂东南通城县崩岗崩壁稳定性的影响,将根系简化为主直根型,通过室内试验得到崩壁各土层的力学参数,应用Abaqus程序构建造林崩壁稳定性分析模型(将崩壁坡面以直线近似替代),分别计算了主根系长度、种植间距、根系布置位置、主根入土方位、侧根分支角度、根系相对加固位置的变化对崩壁稳定安全系数的影响。模拟结果表明:在控制崩壁植物根系单变量变化的条件下,主根长度越大,崩壁的安全系数越大;安全系数与种植间距之间呈双折线负相关关系;安全系数随着侧根分支角度的增加先增大后减小;安全系数随着根系距坡趾距离的增加先递增后回落直至趋于稳定;只在坡面偏下部的局部范围内种植主根垂直坡面生长的植物时安全系数存在最优值。

基于ABAQUS的降雨条件下鄂东南崩岗侵蚀分析

以研究崩壁在地下水抬升与不同类型降雨联合作用下的失稳模式与渗流场特性为目标,基于野外勘查和相关物理分析获取的鄂东南崩岗区典型风化岩土体剖面各层次基本指标数据,尝试从崩壁渗流场与应力场两场耦合的角度,运用数值试验探讨单次降雨诱发下水力因素影响崩岗侵蚀的过程与机理。结果发现:长期小雨环境下,崩壁破坏方式属于崩壁中下部土层局部被淘空与砂土层上覆土体整体滑移相结合;短时强雨环境下则表现为坡面浅层(分层)流滑破坏。但无论何种降雨类型都存在一个促使崩壁砂土层被水蚀并退去后形成凹腔(龛)的降雨前期阶段,直到龛深达到一极限值,龛体积不再扩大,转为历时较短的崩壁失稳前的降雨后期阶段。强降雨入渗产生的渗流区域主要分布在崩壁浅层地表,引起浅层土体持续软化,剪应力明显增大。伴随降雨历时的延长,坡面浅土层出现暂态饱和区且湿润峰(零压面)逐渐向崩壁深处推移,地下水位线逐渐抬升并以出露泉方式对砂土层下部造成机械潜蚀。分析结果与野外观测现象较为一致。