Experimental studies on curling development of artificial soils

Soil curling is an important phenomenon associated with volume changes induced by increasing soil suction upon desiccation.The study of soil behaviors associated with drying in soils(e.g.soil shrinkage,desiccation cracks and curling)has received increasing attention over the last few years,which has been mainly driven by the forecast climate change that will warm up our planet.There are significant gaps in the current knowledge related to the factors that control the development of curling deformations in soils.For this,the curling phenomenon is investigated through laboratory desiccation tests on different mixtures of artificial soils.The effects of soil grain size distribution,mineralogy,soil microstructure,and soil water content on the curling deformation are analyzed.Digital photos were taken at regular time intervals during the tests to understand the volume changes in the soil samples during drying.It is found that soil fabric and soil water content have significant effects on curling scenario.It is observed that the percentage of sand particles and the initial water content play a critical role in the development of soil curling.Samples of pure clayey minerals experienced shrinkage without or with minor curling during drying.

薄层水流冲刷条件下斜坡土体的临界起动

斜坡土体侵蚀是丘陵地区和水库岸坡普遍存在的灾害现象,其主要动力因素是降雨或者波浪上爬产生的薄层水流对土体产生的冲刷剪切作用。为探索水流冲刷作用下的斜坡土体临界起动条件,采用自主研发的冲刷起动试验装置,开展斜坡土体的冲刷起动试验和理论研究。通过颗粒染色和高倍数电子显微等技术手段观测无黏性土颗粒的起动现象,确定了无黏性岸坡土体的起动模式与水流流速的相互关系;探索了不同干密度、不同黏粒含量及不同坡度与黏土斜坡临界起动流速的相互关系,土体的黏粒含量、干密度及坡度对黏性土体的起动流速影响较大,与干密度和土体坡度相比,黏粒含量对黏土斜坡的起动流速影响更为明显。验证了无黏性岸坡土体的临界起动方程,其中滚动起动流速方程具有较强的可靠性;基于黏土的起动模式构建了黏土斜坡的起动力学平衡方程,获得了黏土斜坡半经验半理论的起动流速方程,用试验结果求解了起动流速方程的相关参数,最终确定的起动流速公式与试验结果拟合度较好,同时验证了起动流速公式的可靠性。

北方土石山区薄土坡耕地石坎反坡阶措施减流减沙效益分析

为解决我国北方土石山区薄土坡耕地水土流失问题,通过布设标准径流小区来研究石坎反坡阶措施的水土保持综合效果。结果表明:石坎反坡阶措施对于坡耕地水土流失调控效果显著,该措施相较于等高耕作措施,坡面径流削减率和泥沙削减率分别达到68.57%和94.29%;石坎反坡阶措施在提高坡面土壤水分含量、提高坡面水分分布均匀度方面能够发挥出良好的作用,该措施相较于等高耕作措施,坡面总体土壤水分含量提高了7.78%;石坎反坡阶措施能够显著提高坡耕地的农作物产量,相较于常规等高耕作措施,玉米产量提高了12.69%。石坎反坡阶的设计及作用效果研究,丰富了我国北方土石山区薄土坡耕地的水土流失治理途径。

农药在土壤中迁移的研究方法

农药对地下水的污染已日益为人们密切关注.本文详细介绍了用土壤柱和土壤薄层层析法研究农药在土壤中迁移行为用于预测或评价农药对地下水污染程度的研究方法.

薄土坡耕地石坎反坡水平阶水沙调控效果

为研究石坎反坡水平阶对于薄土坡耕地的水沙调控效果,设置了两个标准天然降雨径流小区(措施小区和对照小区)分别对次降雨径流和泥沙进行了观测,结果表明:石坎反坡水平阶措施能够有效地调控坡耕地地表径流,年均径流削减率为22.5%,且在短历时、大雨强降雨条件下的调控效果好于长历时、小雨强降雨;该措施对于坡耕地泥沙调控效果显著且稳定,年均泥沙削减率95.5%,措施小区的坡面产沙量随降雨特征值变化的波动幅度远远小于对照小区;石坎反坡水平阶措施通过减少坡面侵蚀,间接提高了坡耕地作物产量,春玉米年均增产6.2%。

乙草胺和丁草胺在土壤中的移动性

利用土壤薄层层析法研究乙草胺和丁草胺在土壤中的移动性 .以灌溉河水为展开剂 ,得到乙草胺和丁草胺在北京海淀壤土中的相对移动值Rf 的平均值分别为 0 .1 2 1和 0 .0 31 ,在河北白洋淀砂壤土中的相对移动值Rf的平均值分别为 0 .1 4 7和 0 .0 32 .采用不同的土壤试验 ,乙草胺的移动性存在一定的差异 .说明乙草胺在土壤中的移动性与土壤的性质有关 ,特别是土壤有机质含量 ,土壤吸附性能越强 ,越不易移动 .乙草胺属于移动性弱的农药品种 ,移动等级为Ⅱ级 ,丁草胺属于移动性很弱的农药品种 ,移动等级为Ⅰ级 .乙草胺和丁草胺虽然同属于酰胺类除草剂 ,但是 ,由于它们的水溶解度的差异 ,它们在土壤中的移动性有较大的差别 .以 30mg·L- 1的阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠水溶液 (DDBS)和阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵 (HDTMA)为展开剂 ,乙草胺在北京海淀壤土中的Rf 的平均值分别为 0 .1 59和 0 .0 98.阴离子表面活性剂能够促进农药在土壤中的迁移 ,阳离子表面活性剂能够促进农药在土壤中的吸附 。

绿黄隆在土壤中的迁移特性

应用土壤薄层层析（ＴＬＣ）法测定了１４Ｃ－绿黄隆在１０种土壤中的移动率，其Ｒｆ值为０．６５～１．０，表明绿黄隆在供试土壤中分别属可移动性和极易移动性。用大面积土柱淋溶法测得３种土壤柱在模拟降雨下的淋溶动态及其参数，经计算，在黄潮土、黄棕壤和红壤中，使１４Ｃ－绿黄隆垂直移动透过１０ｃｍ土层所需连续降水量分别为７５，８０和９４ｍｍ。绿黄隆在土壤中的迁移性与土壤ＰＨ值密切相关，随ｐＨ值增高其移动性和淋溶性增大。绿黄隆随水迁移性较强，它有可能对农业生态环境产生不良影响。

薄层农田黑土全量碳及氮磷钾含量的空间异质性

利用地统计学对黑龙江省双城市薄层农田黑土的全碳、全氮、全磷、全钾的空间异质性进行了分析。结果表明,4种养分含量分布均具有较大的空间异质性。土壤全碳含量的空间分布主要受黑土层厚度的影响,与全磷含量的空间分布吻合度高;土壤全钾的空间异质性最差,只是中部沿西南方向区域略低外,其余变化较小。土壤全碳与全氮、全磷,全氮与全磷都存在极显著正相关,而土壤全钾与全碳、全氮、全磷为负相关,但不显著。全量碳、氮、钾主要受结构性因子的影响,分别占86.8%,85.4%,81.8%,全磷受结构性因子和随机因子的影响各占1/2。

额尔齐斯河流域现行灌溉方式与作物需水量关系分析

通过在额尔齐斯河流域阔斯特克乡的实验,分析其现行灌溉方式对作物需水量的满足程度。结果表明现行灌溉制度与灌溉方式虽然可以满足作物需水,但灌水定额量很大,而土壤蓄水能力有限,灌溉水量的2/3以上成为余水或深层渗漏,在大豆生长后期存在灌水过多现象。

长期施肥对薄层黑土酶活性及土壤肥力的影响

利用29年的长期定位试验,对不同的施肥方式下薄层黑土酶活性及肥力进行了研究,探讨长期施肥对土壤酶活性及与土壤肥力的影响。结果表明,化肥与有机肥配合施用能明显提高土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷含量,增强土壤脲酶、磷酸酶、转化酶、过氧化氢酶、脱氢酶活性。相关分析结果显示,土壤脲酶、磷酸酶、转化酶、过氧化氢酶、脱氢酶活性与有机质、全氮、全磷、有效磷、碱解氮呈显著正相关。土壤脲酶、磷酸酶、转化酶、过氧化氢酶、脱氢酶综合活性可以反映长期施肥后薄层黑土质量的变化趋势。

青海省刚察县吉尔孟地区不同厚度土壤水分研究

通过土壤含水量测定,对青海湖西部天然草地不同厚度土壤含水量等问题进行了研究。结果表明,吉尔孟厚土层和薄土层土壤含水量均呈现随深度增加而逐渐降低的趋势。在相同土壤厚度条件下,低草地土壤含水量比高草地含水量高。在植被相同条件下,厚土层含水量比薄土层的含水量高。草地厚土层在80cm深度出现土壤干层,指示当地的土壤下部水分不足。30cm厚度的薄土层高草地和30cm厚度的薄土层低草地分别在21和24cm出现了含水量低于11%的干化现象。厚土层上部30cm含水量比30cm厚度的薄土层含水量高12.4%。吉尔孟土壤水分的突出特点是上部含水量高,说明该区土壤水分具有在上部聚集的特点,这是该区土壤冻结期较长和蒸发及蒸腾较少造成的,土壤水分在上部聚集对草原植被生长是有利的。由于该区土壤下部水分不足,该区应该发展耐旱牧草和其他耗水较少的草原植被,不适于发展深根系耗水较多的植被。

饱和地基中单排桩远场被动隔振研究

针对均质饱和地基中单排桩远场被动隔振问题,基于饱和多孔介质的边界元法,建立了以薄层法(TLM)基本解作为动力Green函数的饱和土半解析边界元法,该方法可有效分析饱和半空间的动力问题,是解决土-结构动力相互作用问题的一种有效工具。在此基础上,根据排桩与周围土体的邻接条件,推导得到了单排桩对Rayleigh波散射的三维边界元方程;运用上述边界元方程,对单排桩的远场被动隔振问题进行了详细的参数分析。结果表明:单排桩能以一个整体对Rayleigh波进行隔振;增加单排桩的桩长、桩径和桩身剪切模量均能有效提高其隔振效果;减小桩间净距也能够有效提高屏障的隔振效果。

饱和地基中二维空沟远场被动隔振研究

针对饱和地基中二维空沟远场被动隔振问题,首先,基于饱和多孔介质频域边界单元法,建立了以薄层法(TLM)基本解作为动力Green函数的饱和土半解析边界元法,该方法可有效分析饱和半空间的动力问题,是解决土-结构动力相互作用问题的一种有效工具。在此基础上,推导得到了空沟对Rayleigh波散射的二维边界元方程,对空沟的远场隔振问题进行了详细的参数分析。结果表明:设置空沟能够对地面振动起到较好的隔振作用;当空沟深度小于1个Rayleigh波波长时,提高空沟深度能够有效的提高其隔振效果;而空沟宽度对隔振效果的影响相对较小;饱和地基参数改变对空沟隔振效果影响不大。

薄层农田黑土速效氮磷钾含量的空间异质性

利用地统计学对黑龙江省双城市薄层农田黑土的全碳和速效氮、磷、钾的空间异质性进行了分析,结果表明四者均具有空间异质性。土壤全碳含量的空间异质性最高,主要受黑土层厚度的影响,土壤速效氮磷钾的空间异质性较差,主要受随机因子的影响,占80%以上。全碳和速效氮、磷、钾的空间有效最大相关距离分别为15.7km,4.6km,11.2km,7.1km。土壤全碳与碱解氮存在极显著正相关。

饱和土半解析边界元法及在双排桩被动隔振中的应用

针对均质饱和地基中双排桩远场被动隔振问题,首先,基于饱和多孔介质的边界元法,建立了以薄层法(TLM)基本解作为动力Green函数的饱和土半解析边界元法,该方法可有效地分析饱和半空间的土-结构动力相互作用问题。在此基础上,根据双排桩与周围土体的邻接条件,推导了双排桩对Rayleigh波散射的三维边界元方程;运用上述边界元方程,对双排桩的远场被动隔振问题进行了研究。结果表明:双排桩能够有效地降低屏障后的位移振幅,其隔振效果要优于单排桩;排间净距对隔振效果影响不大,而桩间净距则对双排桩隔振效果起控制作用。

基坑周边存在地沟时的稳定性分析及支护措施

近年来在基坑开挖过程中由于其周边存在地沟而引起的基坑坍塌事故时有发生。其主要是因为按常规的基坑支护思路进行基坑支护后,基坑的整体稳定性能保证,但地沟与基坑壁之间的水平向薄层土体成为新的不稳定因素,如果不采取有效支护措施可能会造成基坑局部滑塌。通过对基坑周边存在地沟时基坑内力、变形、破坏机理的分析,提出了基坑与地沟之间的薄层土体的稳定性模型与破坏模式,并在薄层土体稳定性分析的基础上,定义了薄层土体的"临界宽高比"的概念,据此给出了相应的工程处理措施。

饱和土中单桩水平瞬态响应研究

基于Biot动力固结方程,应用Novak薄层方法研究了饱和土中单桩在水平冲击荷载作用下的动力响应问题。首先引入势函数对方程解耦,再通过算子分解和分离变量法,结合初始边界条件,并联立桩基振动微分方程,推导了Laplace变换域内桩身位移函数及内力表达式。采用Laplace逆变换的优化模型求得了时域内瞬态响应的封闭解。将该解退化到单相介质条件下的桩顶位移-时间曲线与已有的边界元方法的结果基本吻合,验证了解答的正确性。参数分析结果表明:桩-土模量比、长径比、渗透系数对桩身位移均影响显著,而同条件下长径比超过一特定值后则影响较小,且桩土模量比是影响桩身弯矩大小及其分布的重要参数。

江西稻田红壤中丙溴磷的移动特性及其主要影响因素

用土壤薄层色谱法研究农药丙溴磷在不同层江西省稻田红壤中的移动特性及其在表层土壤中移动的主要影响因素.以稻田灌溉水为展开剂,测得丙溴磷在表、中和下层土壤薄层板上的比移值Rf分别为0.375、0.301和0.092,这表明丙溴磷在表层土壤中中等移动、中层土壤中不易移动和下层土壤中不移动,对地下水污染可能性较小,但可能对地表水会产生一定程度的污染.改变土壤有机质和黏土量,调节稻田灌溉水pH和CEC(阳离子交换量),考察这4种因素对丙溴磷在表层稻田红壤中移动的影响.结果表明,土壤有机质可抑制表层土壤中丙溴磷的移动,但起主要抑制作用的是难氧化土壤有机质;土壤黏土量与丙溴磷在土壤中的移动性呈明显的负相关,其相关系数为-0.976(n=5,P<0.05);稻田灌溉水pH>5时,表层红壤中丙溴磷的迁移随pH增大而增大;增大稻田灌溉水的CEC可促进丙溴磷在表层土壤中的移动.从同一土壤剖面来看,稻田红壤CEC和黏土量是丙溴磷在不同层土壤中移动性差异的主要影响因素.

化肥对薄层黑土中镉、铅活性及小白菜生长的影响

在食品安全领域,重金属污染已经对人类的健康造成了严重的威胁。以小白菜和薄层黑土为研究对象,通过盆栽试验,分别模拟被镉和铅污染的土壤,通过施入不同类型的化肥,研究被镉、铅污染的薄层黑土中,化肥对镉、铅活性及日常生活中食用的小白菜生长的影响。结果表明:在镉、铅污染的土壤中,不同施肥处理对土壤中镉、铅存在形态所占比例的影响不同;不同施肥处理对小白菜地上部鲜重、干重及叶长的影响不同,其中硝酸钙、骨粉和硝酸钾处理的小白菜上述3项指标值相对较高,而在氯化铵、普钙和氯化钾处理中,上述3项指标值则相对较低;不同施肥处理对小白菜对镉、铅的吸收量影响不同。

饱和土中桩水平振动分析

基于Biot动力固结方程,将Novak薄层法应用于饱和土介质桩土相互作用研究中。首先引入势函数对方程解耦,采用算子分解及分离变量法结合桩土耦合条件求出桩土相互作用阻抗函数。与Novak薄层法得到的单相土层水平振动阻抗系数对比,阐明了两解之间的关系。通过参数分析,表明渗透系数及桩土模量比、桩长径比对单桩水平、摇摆及水平–摇摆耦合振动阻抗有一定影响。