母岩的风化剥蚀速率与土壤允许流失量的关系——以长江三峡坝区风化花岗岩土壤为例

土壤允许流失量的确定是一个非常复杂而又必须解决的问题,它关系到水土保持措施的布设和土壤的可持续利用。然而,发育在不同母质上的土壤,其土壤的最大允许流失量差异很大,确定这一值的依据也各不相同。在岩成土壤地区,母岩风化剥蚀速率的大小直接影响土壤的发育,是确定土壤允许流失量、分析人类加速水土流失的重要依据之一。选长江三峡黄陵背斜段风化花岗岩土壤为研究对象,根据剥蚀沉积相关原理,通过恢复古地理环境及时代,计算出新生代以来本区花岗岩的平均风化剥蚀速率为16.97mm/ka,最大剥蚀速率为49.56。又根据区内太平溪流域的泥沙资料,算出了当地现代的剥蚀速率,多年平均为297.7mm/ka,最小值为31.5mm/ka,而水利部颁布的当地土壤允许流失量为200t/km2.a,折合为76.9mm/ka,二者相差近1.5～4.5倍,基于此,提出了确定土壤允许流失量必须参考母岩风化剥蚀速率的新观点。

关于流动型坍塌机制研究装置的研制与应用

在花岗岩类地带易发生泥石流。对于泥石流发生的机制，诸多学者已作广泛研究，但是，对于风化花岗岩土壤是否存在先液化，再发展为泥石流而持有疑问态度。为研究风化花岗岩类地区流动型坡面坍塌的发生条件，而试制了该项试验装置，并进行了试用．试验结果表明：丰浦标准砂在试验装置内，当干密度γ＜1．3g／cm3时，每次都能发生完全液化。含有17％的小于105μm的细粒的风化花岗岩土壤，试体干密度达到了1．4g／cm3，未发生液化。当除去小于105μm细粒组分的风化花岗岩土壤，干密度控制在1．3g／cm3，结果只出现部分液化。表明在风化花岗岩土壤的坡面上，在除去细粒组分的条件下，有发生流动型破坏的可能性。该试验装置虽再现了发生流动型破坏的部分过程，但有些定量分析项目，有待于进一步研究。

沙土在孔隙水注入实验中渗透剪切破坏(英文)

前人曾指出液化后伴随着超孔隙水压重新分配的渗透会引起流体破坏的可能性。为了研究这一现象,利用实验室三轴试验将孔隙水注入土壤检测了土壤的渗透剪切破坏。该实验是在各项异性的固结作用后保持差应力,使用孔隙水控制装置在体积不变的应变控制条件下将孔隙水注入。实验中所用的材料是在1995年神户地震时被液化的常规洁净细砂和风化的花岗岩土壤。本文以实验结果为基础,讨论了由孔隙水注入引起的渗透剪切破坏判据和导致后液化行为的剪切应变发展特征。

坡面氮素流失的坡度和雨强效应模拟研究

为了研究坡面径流和壤中流中全氮(TN)的流失特征,探索坡度和雨强对TN流失的影响,以风化花岗岩母质发育的土壤为研究对象,选定坡度(5°,8°,15°,25°)和降雨强度(60,90,120,150mm/h)作为可变量,采用原状土搬迁的方式,在室内设计的径流槽上进行人工模拟降雨试验,设计试验降雨时长为坡面径流产流后90min,壤中流水样收集延续直至无出流为止。结果表明:(1)坡面径流TN流失浓度在产流初期快速下降,随雨强的减小或坡度的增大而增大,产流后期浓度趋于稳定且差距不大。(2)壤中流TN流失浓度均明显高于坡面径流,其流失过程规律为"上升—下降—略有上升—平稳",总体上随雨强的减小或坡度的增大而增大。(3)坡面径流和壤中流的TN流失量均随雨强或坡度的增大而增大。壤中流是坡面TN流失的主要途径,流失比例可达91.26%~99.61%。坡面径流中TN流失量占坡面TN总流失量的比例随雨强的增大而增大。(4)雨强、流量与坡面径流、壤中流TN总流失量均呈极显著正相关,而坡度只与壤中流TN总流失量呈显著正相关。(5)在雨强90mm/h与120mm/h之间存在一个临界雨强,超过这个临界雨强,坡面径流TN流失量及其占总流失量的比例都会大幅上升。

极端暴雨下裸地坡面径流及壤中流中碳素输移特征

采用人工模拟降雨的方法,研究了不同雨强(90、120、150mm·h^-1)和坡度(5°、8°、15°、25°)条件下,南方风化花岗岩母质土壤红土层裸地降雨坡面径流和壤中流中总碳(Total carbon,TC)的流失量及流失过程,并分析了雨强和坡度对TC流失量的影响。结果表明,在坡面径流中,坡度和雨强的增大对碳素质量浓度变化过程影响较小,且流失率曲线与质量浓度曲线呈极显著相关关系,TC流失率变化主要受质量浓度的影响;在壤中流中,TC质量浓度曲线呈现出迅速上升达到最大值后缓慢下降直至平稳的趋势;在试验条件范围内,各坡度条件下,随着雨强的增大,坡面径流中TC流失量增大,而壤中流中TC流失量减小;在大雨强下,坡面径流中TC流失量与坡度没有明显的线性关系,而随着雨强的增大,坡度与壤中流中TC流失量线性关系明显增加;在试验雨强和坡度下,雨强对TC流失总量和坡面径流中TC流失量的影响较坡度更显著,而在壤中流中坡度的影响则更显著。径流中碳素流失量与雨强、坡度及场降雨径流总量之间均有明显的线性关系,R^2>0.800。结果可为我国南方风化花岗岩母质土壤裸坡径流中TC单位面积流失量的估算提供依据。