土壤剪切力影響因素研究

1、臨沂地區(qū)原狀土與重塑土抗剪強(qiáng)度墊異研究II目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 摘要II關(guān)鍵詞II HYPERLINK l bookmark4 o Current Document AbstractIllKeywordsIll HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1前言1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 2材料與方法4 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 2.1土壤的采集4

2、HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 2.2直剪儀構(gòu)造及其原理5 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2.3實(shí)驗(yàn)步驟及測(cè)定方法6 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析7 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 3.1原狀土與重塑土剪切比較8 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 3.1.1剪切曲線差異8 HYPERLINK l bookmark43

3、 o Current Document 3.1.2影響抗剪強(qiáng)度的因素14 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 3.2原狀土與重塑土的線性擬合17 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 3.2.1散點(diǎn)圖17 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 3.2.2擬合曲線19 HYPERLINK l bookmark96 o Current Document 4結(jié)果與討論195參考文獻(xiàn)216致謝23華中農(nóng)業(yè)大學(xué)2013屆本科畢業(yè)論文華中農(nóng)業(yè)大學(xué)2013屆本科畢業(yè)論文

4、摘要從土壤力學(xué)上看，土壤水蝕是雨滴對(duì)土粒的濺擊剪切作用和徑流對(duì)土粒的沖刷剪切作用的過程綜合，所以土壤的抗剪強(qiáng)度是區(qū)域水土流失評(píng)價(jià)中反映土壤力學(xué)特性的重要指標(biāo)；為了從土壤力學(xué)方面探索防治水土流失的途徑與措施，該文采用直剪儀對(duì)臨沂地區(qū)山5種典型植被的原狀土和重塑土抗剪強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定。通過比較相同植被同干密度、同含水率的原狀土與重塑土在同一垂直荷載下的剪切差異，以期得到從較易獲得的重塑土抗剪強(qiáng)度到原狀土的回歸模型，并研究影響土壤抗剪強(qiáng)度的土壤屬性因素。研究結(jié)果表明：原狀土剪切位移小于重塑土；在相同垂直荷載作用下，同一植被原狀土的抗剪強(qiáng)度大于與其同干密度、同含水率的重塑土。原狀土的剪切破壞近似于塑性

5、破壞，而重塑土則屬于彈性破壞；原狀土的抗剪強(qiáng)度并以此建立關(guān)于原狀土的抗剪強(qiáng)度回歸模型；垂直荷載、土壤干密度、土壤含水率影響土壤的抗剪強(qiáng)度，可以建立相應(yīng)的回歸模型。關(guān)鍵i司:抗剪強(qiáng)度；干密度；原狀土；重塑土；含水率；回歸模型臨沂地區(qū)原狀土與重塑土抗剪強(qiáng)度墊異研究臨沂地區(qū)原狀土與重塑土抗剪強(qiáng)度墊異研究ABSTRACTFiomtheviewofsoilmechanics,soilerosionistheprocessofraindropsonthesoilpaiticlesplashsheaimgactionandnuioffsheareffectonsoilpaniclesynthesis,sot

6、hesoilshearstrengthisoneofthemipoitantindexestoreflectthecharactensticsofsoilmechanicsinassessmentofregionalsoilandwaterloss；Inordertoexplorethewaysandmeasuresofpreventingandcontrollmgsoilandwaterlossfiomsoilmeclianics,thispaperadoptstheundistxnbedsoildirectshearapparatusfor5kindsoftypicalvegetation

7、inLinvimountainandremoldedsoilshearstrengthtest。Tluoughthecompansonofthesamevegetationwiththestemofundistuibedsoilandremoldedsoildensity,thewatercontentmthesameveilicalloadsheardiffeiencejnordeitogetmoreeasilyremoldedsoilobtainedfiomtheshearstrengthofundisturbedsoiltotheregiessionmodel,andtheinfluen

8、ceofsoilpropertiesonshearstrengthofsoilfactorsandthemfluenceofsoilpiopertiesonshearstrengthofsoilfactorsTheresultsshowthat:undistuibedsoilsheardisplacementthanremoldedsoil;Underthesameverticalloachthesamevegetationintactsoilshearstrengthisgreaterthanthesamedrydensity,remoldedsoilwithwatercontent.She

9、arfailureoftheundistiubedsoilissimilartoplasticfailuie,andlemoldedsoiliselasticdamage.Theshearstrengthandtheestablislunentoftheundistiubedsoilshearstiengthregiessionmodelofundistiubedsoil;veilicalload,soildensity,soilmoistuieeffectsonsoilshearstrength,canestablishtheconespondmgregressionmodel.KEYWOR

10、DS:Sheaistrength:diydensity；undistiubedsoil：remoldedsoil：moistuiecontent；regiessionmodel華中農(nóng)業(yè)大學(xué)2013屆本科畢業(yè)論文臨沂地區(qū)原狀土與重塑土抗剪強(qiáng)度墊異研究 1前言：水土流失是指地球陸地表面的土壤及其母質(zhì)、巖石等在受水力、風(fēng)力、凍融和重力等作用下所產(chǎn)生的侵蝕、搬運(yùn)和堆積過程卩】，包括水力侵蝕、風(fēng)力侵蝕、重力侵蝕、凍融侵蝕和化學(xué)侵蝕等3】。水土流失是水土保持學(xué)科和山區(qū)國土整治的常用概念，美、英、前蘇聯(lián)等多數(shù)國家釆用土壤侵蝕一詞，其含義與水土流失一詞基本一致，即指在降雨、風(fēng)等各種外營力作用下引起土壤的分離、

11、搬運(yùn)和堆積。土壤侵蝕包括土壤的流失與水分的流失，兩者形影相隨、相伴而失，其核心是土壤的流失。土壤侵蝕是一個(gè)全球性的問題，依據(jù)聯(lián)合國(1980)環(huán)境規(guī)劃資料，全球每年有近20007Jlmr的土地因土壤侵蝕而喪失部分或全部生產(chǎn)力習(xí)。土壤侵蝕是通過降低土壤的水分、養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)的可利用性，以及根系層的厚度來影響作物產(chǎn)量。Pimentel研究認(rèn)為創(chuàng)】，土壤侵蝕能減少30%以上的土壤透水性，且水力侵蝕和風(fēng)力侵蝕通過有選擇地搬運(yùn)細(xì)土顆粒和有機(jī)質(zhì)，使坡地上土壤持水能力降低，這不僅降低或損失了土地的生產(chǎn)力，而且引起了嚴(yán)重的環(huán)境問題；Judson(1981)估計(jì)QI,每年由河流輸送入海洋的泥沙，從集中農(nóng)業(yè)和放牧開

12、始以前的100億噸，迄今增至250-500億噸之多;Dudal(1981)研究指出,世界范圍內(nèi)的土壤侵蝕以及其他因素引起的農(nóng)田縮減、土壤退化導(dǎo)致每年有6007J公頃肥沃的土地不可逆轉(zhuǎn)地喪失生產(chǎn)力；Higgms(1982)及其合作者研究指出】，自從人類定居從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以來，土壤侵蝕己毀掉了約4.3億公頃的用地；Bmmgh(1981)估計(jì)嚴(yán)】，全球每年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地因?yàn)橥寥狼治g損失為300萬公頃，因沙漠化損失200萬公頃。土壤侵蝕導(dǎo)致土地生產(chǎn)力的喪失以及土地荒化、沙漠化等，嚴(yán)重威脅人類的生存，因此研究土壤侵蝕規(guī)律其意義是不言而喻的。防止水土流失，保護(hù)、改良和合理利用水土資源，維護(hù)和提高土地生產(chǎn)力，以

13、利于充分發(fā)揮水土資源的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)的綜合性技術(shù)措施。水和土是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是發(fā)展農(nóng)業(yè)乃至國民經(jīng)濟(jì)的基本要素。水土保持工程對(duì)開發(fā)建設(shè)山區(qū)、丘陵區(qū)和風(fēng)沙荒漠區(qū)，對(duì)減少水、旱、風(fēng)、沙災(zāi)害，實(shí)現(xiàn)生態(tài)平衡具有重要作用。水土保持需堅(jiān)持防治并舉、治管結(jié)合、因地制宜、全面規(guī)劃、綜合治理、除害興利的工作方針，以及生物措施和工程措施相結(jié)合、坡面治理與溝道治理相結(jié)合、田間工程與蓄水保土耕作措施相結(jié)合、治理與發(fā)展生產(chǎn)相結(jié)合、當(dāng)前利益與長遠(yuǎn)利益相結(jié)合的原則。其主要措施有：（1）生物措施。植樹種草，封山育林，綠化大地，按不同地形營造各種水土保持林和綠化草帶，用以涵蓄雨水，增

14、強(qiáng)土壤凝聚力，減緩地表徑流。（2）工程措施。修筑水平梯田、培地坡、建塘壩、筑谷坊、開挖攔洪溝等，把雨水?dāng)r蓄起來，減輕地表徑流對(duì)土壤的沖擊。（3）耕作措施。實(shí)行等高種植、帶狀壟作、糧草輪作、間作套種，使農(nóng)田具有合理的生態(tài)結(jié)構(gòu)。特別是要在25以上的坡耕地上實(shí)行退耕還林，在沙化土地上退耕還草，以增強(qiáng)地表覆蓋，防治水土流失。良好而完善的水土保持措施，可以防止土壤侵蝕，減少水、旱、風(fēng)、沙災(zāi)害，避免土地生產(chǎn)力衰退，有利于繁榮山區(qū)經(jīng)濟(jì)，也有利于下游河流的治理和整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。沂蒙山區(qū)是北方土石山區(qū)的典型代表，具有土壤表層疏松、夾雜石礫、土層淺薄、土壤涵蓄水能力低、人口密度大的特點(diǎn)，中度及以上的土壤侵蝕強(qiáng)

15、度面積達(dá)到50%,土壤侵蝕嚴(yán)重】。我國政府己將沂蒙山區(qū)列為國家水土保持重點(diǎn)工程建設(shè)區(qū)。本次研究正是以這一地區(qū)5種典型土壤為對(duì)象。從土壤力學(xué)上看，土壤水蝕是雨滴對(duì)土粒的濺擊剪切作用和徑流對(duì)土粒的沖刷剪切作用的過程綜合，所以土壤的抗剪強(qiáng)度是區(qū)域水土流失評(píng)價(jià)中反映土壤力學(xué)特性的重要指標(biāo)之一;近年來，我國水土流失的治理己由小流域轉(zhuǎn)向較大區(qū)域的集中連片治理，作為水土保持基礎(chǔ)的土壤侵蝕研究日益關(guān)注區(qū)域和全國尺度上的宏觀研究，在土壤侵蝕宏觀研究中，土壤作為被侵蝕的對(duì)象,是影響土壤侵蝕量和流失量的因子之一,而土壤抗剪強(qiáng)度是最能體現(xiàn)出區(qū)域水土流失過程中土壤抵抗徑流沖刷剪切能力的指示指標(biāo)之一，所以進(jìn)行水土流失土壤

16、抗剪強(qiáng)度規(guī)律的研究，對(duì)于區(qū)域和全國水土流失整治的宏觀決策（如防止重力侵蝕、增加斜坡穩(wěn)定性）十分重要，尤其是研究天然含水量狀態(tài)下的原狀土抗剪強(qiáng)度,對(duì)于基本農(nóng)田建設(shè)中校核梯田邊坡的穩(wěn)定性、確定梯坡邊坡設(shè)計(jì)坡度以防止水土流失更為重要。在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中,通過原狀土剪切試驗(yàn)求得其抗剪強(qiáng)度既費(fèi)時(shí)，乂不便，許多研究人員進(jìn)行了很多有益的探索，希望找到一個(gè)較易得得方法得到原狀土的抗剪強(qiáng)度，并得到了許多方法。在國外，Wu等提出根系與土壤的膠結(jié)關(guān)系及各有關(guān)現(xiàn)代根系抗拉、土壤的抗剪試驗(yàn)等研究，根系固土力學(xué)機(jī)制的研究上了一個(gè)新的高度；ChepilWS研究表明卩叩土壤質(zhì)地對(duì)風(fēng)蝕度有很大影響，質(zhì)地最粗和最細(xì)的土壤比中等質(zhì)地

17、的土壤更易風(fēng)蝕，風(fēng)蝕度隨土壤中直徑小于0.42nmi或0.84nmi土粒的百分?jǐn)?shù)而變化，隨土壤中砂粒、粘粒和粉粒的比率而變化卩徳國土壤學(xué)家wollny2。】于1877年第一個(gè)從事土壤侵蝕實(shí)驗(yàn)以來，人們就開始研究土壤類型、土壤性質(zhì)對(duì)土壤侵蝕的影響。Bennet】于1926年第一個(gè)認(rèn)識(shí)到土壤的抗侵蝕性質(zhì)隨土壤的不同而變化，他研究了古巴的磚紅壤，測(cè)定了影響土壤抗侵蝕能力的重要土壤性質(zhì)，如土壤質(zhì)地、土壤結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)含量和化學(xué)組成。Elision認(rèn)為土壤的侵蝕動(dòng)力是黃土抗侵蝕能力與抗剪強(qiáng)度的關(guān)系研究由分離土壤的能力和搬運(yùn)土壤的能力兩個(gè)相互獨(dú)立的因素組成卩0】，研究土壤抗侵蝕能力也可分為土壤可分離性和土壤

18、可搬運(yùn)性兩個(gè)方面來描述。國內(nèi)許多研究人員也做了一些研究，張愛國同指出影響水土流失過程中土壤抗剪強(qiáng)度的主導(dǎo)因素是容重、粉/黏、土壤含水量、土壤有機(jī)質(zhì)含量;抗剪強(qiáng)度隨土壤類型發(fā)生有規(guī)律的變化;抗剪強(qiáng)度在中國水蝕區(qū)范圍內(nèi)有較明顯的空間分異規(guī)律(包括水平分異規(guī)律和垂直剖面構(gòu)型規(guī)律)。王為等W建立了農(nóng)業(yè)土壤抗剪強(qiáng)度與土壤所承受的垂直壓力、含水量之間的數(shù)學(xué)模型。張曉明等Pl指出以重塑土的抗剪強(qiáng)度、原狀土的含根量和極細(xì)根的平均抗拉強(qiáng)度為自變量，原狀土的抗剪強(qiáng)度為因變量，可以建立顯著相關(guān)的回歸方程；有研究資料表明el,土壤的垂直壓力與含水量是影響抗剪強(qiáng)度的主要因素。郭書魁“利用顆粒流理論對(duì)直剪試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬

19、，分析了顆粒級(jí)配、孔隙比、顆粒接觸剛度、顆粒摩擦系數(shù)和顆粒形狀等細(xì)觀參數(shù)的變化對(duì)宏觀抗剪強(qiáng)度的影響。郭培才等卩4】，通過對(duì)不同土壤剖面(0-10cm,20-30cm,40-50cm)層次的草地、林地、農(nóng)地的采樣分析得出水穩(wěn)性團(tuán)粒含量是反映土壤抗侵蝕能力的最佳指標(biāo)，并對(duì)土地類型作了定性定量分析，將土壤抗侵蝕能力劃分為極弱、弱、中等、強(qiáng)、極強(qiáng)五個(gè)等級(jí)。蔣定生、范興科等山】從宏觀上分析研究了黃土高原的原狀土和擊實(shí)黃土的抗剪強(qiáng)度規(guī)律，他們得出：在水平變化規(guī)律上，土壤的粘聚力呈現(xiàn)由北向南漸次遞增的趨勢(shì)，內(nèi)摩擦角有自北向南漸次減少的趨勢(shì)；在縱向變化規(guī)律上，隨土層深度的增大，土壤容重增大，抗剪強(qiáng)度也有所提高

20、；蔣定生】通過對(duì)黃土高原的抗剪強(qiáng)度分析后認(rèn)為：孔隙度、粘粒含量、容重、水分等是影響抗剪強(qiáng)度的重要因素，并建立了這些因素與粘聚力和內(nèi)摩擦角之間的關(guān)系表達(dá)式，這對(duì)于分析和研究黃土抗剪強(qiáng)度奠定了基礎(chǔ)。潘利君等2】在分析土壤抵御外力扭剪的能力后，認(rèn)為土壤抗剪力制約著土壤的抗侵蝕能力，但他們做的工作很少。代全厚等卩】通過對(duì)嫩江大提護(hù)坡植物根系和抗剪強(qiáng)度分析發(fā)現(xiàn)，土壤穩(wěn)定性與植物根量關(guān)系密切，根量大，土壤抗剪強(qiáng)度大，而且能網(wǎng)絡(luò)固持土壤增強(qiáng)土壤的穩(wěn)定性，土壤抗剪強(qiáng)度與植物根量有明顯的相關(guān)性；土壤根系可以提高土壤的抗侵蝕能力，張祖榮認(rèn)為由于須根的穿插和纏結(jié)作用，促進(jìn)了土粒的團(tuán)聚，王庫2】通過植物根系對(duì)土壤抗侵

21、蝕能力的影響得出：直徑小于1mm的根系在提高土壤水力學(xué)效應(yīng)方面的貢獻(xiàn)最大。已經(jīng)有許多科學(xué)家對(duì)土壤侵蝕性做出了很深入地研究，但是仍還有許多問題有待進(jìn)一步解決與探討：（1）在影響土壤抗侵蝕能力的各項(xiàng)因素中，哪些因素適合作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。（2）加強(qiáng)對(duì)土壤抗剪強(qiáng)度的認(rèn)識(shí)與研究，前人對(duì)土壤抗蝕抗沖性的機(jī)理，經(jīng)過幾十年科學(xué)工作者的艱辛研究，己有了更深入的認(rèn)識(shí)，但在抗剪強(qiáng)度這一領(lǐng)域里卻還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因此為了找出更好的應(yīng)對(duì)土壤侵蝕的對(duì)策，加強(qiáng)對(duì)土壤抗剪強(qiáng)度的研究是很有必要的。為了從土壤力學(xué)方面探索防治水土流失的途徑與措施，本文采用直剪儀對(duì)臨沂地區(qū)山5種典型植被的原狀土和重塑土抗剪強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定。通過比較相同植被同

22、干密度、同含水率的原狀土與重塑土在同一垂直荷載下的剪切差異，以期得到從較易獲得的重塑土抗剪強(qiáng)度到原狀土的回歸模型，并研究影響土壤抗剪強(qiáng)度的土壤屬性因素。2材料與方法2.1土壤的采集項(xiàng)目區(qū)位于山東省的東南部，地近黃海，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥。暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，夏秋季節(jié)雨量充沛，氣候溫和，全年平均氣溫14.1C,極端最高氣溫39.C,最低氣溫-24.TC,年降水量849毫米，全年無霜期200天以上。根據(jù)立地條件的差異，選取項(xiàng)目區(qū)的6種主要典型土壤:花生地01、花生地02、花生地03、玉米地、林地01,林地02。因?yàn)樵缭?0年代，朱顯謨先生就指出21：土壤抗沖性的增強(qiáng)，主要取決于根

23、系的纏繞、固結(jié)和串連土體作用，這種作用使土體有較高的水穩(wěn)結(jié)構(gòu)和抗蝕強(qiáng)度。通過挖土壤剖面確定土壤剖面特征，選取最有代表性的A層取土樣作為實(shí)驗(yàn)材料，土壤基本性質(zhì)見表io使用SDJ-1型三速電動(dòng)等應(yīng)變直剪儀進(jìn)行快剪試驗(yàn)，作出抗剪強(qiáng)度與垂直荷載（100、200、300、400kPa）的關(guān)系圖，求得黏聚力C和內(nèi)摩擦角叭環(huán)刀法測(cè)定土壤容重及天然密度，烘箱法測(cè)定土壤天然含水率。取回土樣經(jīng)風(fēng)干、研碎，除去其中的根、大石礫等,按照試驗(yàn)測(cè)得原狀土的含水率和干密度配制成與原狀土同含水率、同密度的重塑土,進(jìn)行快剪試驗(yàn)，操作同原狀土。為簡(jiǎn)明表示土樣結(jié)果，重塑土記為原狀土記為，每種土樣按典型植被加重塑土或原狀土編號(hào)加垂直

24、荷載命名O表1試驗(yàn)土壤的機(jī)械組成及基本理化性質(zhì)Table1thetestedsoilmechanicalcompositionandphysicochemicalpiopeities土名粘粒(0.002mm)粉粒(0.002-0.05mm)砂粒(0.05-2mm)質(zhì)地判斷天然容重(g/cm3)含水率(%)花生地0112.9312.6275.20壤質(zhì)砂土1.767.40花生地0316.5415.7968.40砂質(zhì)壤土1.8011.10花生地0520.0713.9566.34砂質(zhì)壤土1.8113.0033.0044.5736.171.731.70L5415.4015.3019.7039.1931.

25、0029.71壤土壤土粘壤土林地0128.59林地0225.20玉米地35.082.2直剪儀構(gòu)造及其原理12乒牝川4列切血兒強(qiáng)力鄧軸承丨0皿&2“心1仏艷乙M、7井1九杠桿圖1直剪儀示意圖8】Fig.1Schematicdiagramofdirectshearapparatus10應(yīng)變投制丈直剪儀示意圖1輪釉；2底座；3透水石；4垂直變形星表；5-活塞；6上金；7土祥；8水平位移量表；9-星力球：10下盒圖2結(jié)構(gòu)圖Fig2.stmctuiediagram用直剪儀來測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度是最簡(jiǎn)單的一種方法，它所測(cè)定的是土樣預(yù)定剪切面上的抗剪強(qiáng)度。直剪儀按加荷方式的不同，可分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種

26、。前者是以等速水平推動(dòng)試樣產(chǎn)生位移并測(cè)定相應(yīng)的剪應(yīng)力；后者則是對(duì)試樣分級(jí)施加水平剪應(yīng)力，同時(shí)測(cè)定相應(yīng)的位移。我國目前普遍采用的是應(yīng)變控制式直剪儀叫該儀器的主要部件由固定的上盒和活動(dòng)的下盒組成，試樣放在盒內(nèi)上下兩塊透水石之間。試驗(yàn)時(shí)，由杠桿系統(tǒng)通過加壓活塞和透水石對(duì)試樣施加某一法向應(yīng)力S,然后等速推動(dòng)下盒，使試樣在沿上下盒之間的水平面上受剪直至破壞，剪應(yīng)力t的大小可借助與上盒接觸的量力環(huán)測(cè)定，即為該垂直壓力下土的抗剪強(qiáng)度。然后根據(jù)庫侖定律確定土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)：內(nèi)摩擦角巾和內(nèi)聚力C,則可以根據(jù)庫倫抗剪強(qiáng)度公式：T?=c+btan0求出其抗剪強(qiáng)度了。直接剪切試驗(yàn)根據(jù)試樣的排水固結(jié)作用分為快剪、固結(jié)快

27、剪和慢剪三種。快剪是施加垂直荷載和剪切過程都不使試樣排水固結(jié)；固結(jié)快剪是加垂直荷載后使試樣完全固結(jié)，但在剪切過程中不使試樣充分排水固結(jié)。每種試驗(yàn)方法求得的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)適用于排水固結(jié)條件與其相對(duì)應(yīng)的工程問題。2.3實(shí)驗(yàn)步驟及測(cè)定方法(1)試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作：a.取代表性土樣風(fēng)干、碾碎、過2mm篩，稱料0.5kg加水潤濕24h；擊樣：用擊樣法擊樣；用環(huán)刀取樣（環(huán)刀內(nèi)壁涂一層凡士林，刀口向下）；削平試樣（2）試驗(yàn)操作步驟：在上下剪切盒中放透水石、蠟紙：環(huán)刀刀口向上將土樣推入剪切盒；將傳壓活塞放在試樣上，并加鋼球、加壓框架、百分表；加垂直荷載，并將百分表調(diào)零；卸下固定銷，開動(dòng)秒表，以0.8/wn/mm（4

28、r/mui）的速度勻速加荷，使試樣在3-5min內(nèi)剪壞（百分表讀數(shù)不變或后退時(shí)）,并繼續(xù)剪切至剪切位移為4mm時(shí)停止，記下破壞值（百分表讀數(shù)），當(dāng)剪切過程中測(cè)力計(jì)百分表無峰值時(shí)，剪切至剪切位移達(dá)6mm時(shí)停止；記下百分表讀數(shù)（估至0,001mm）；退掉剪切力和垂直壓力，移動(dòng)壓力框架，取出試樣，測(cè)含水量。3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析法國科學(xué)家Coulomb于1776對(duì)土進(jìn)行了一系列試驗(yàn)得到土的加載抗剪強(qiáng)度線，對(duì)砂性土和黏性土其抗剪強(qiáng)度的規(guī)律可分別釆用如下公式描述。砂性土：t=otan4）（1）黏性土：t=c+otand（2）式中：工為土的抗剪強(qiáng)度；。為正應(yīng)力；d為土的內(nèi)摩擦角；c為土黏聚力。土壤抗剪強(qiáng)度是

29、由顆粒間的滑動(dòng)所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力和顆粒間連續(xù)拉引細(xì)微顆粒的粘聚力構(gòu)成，粘結(jié)力使細(xì)微顆粒粘著或凝聚在一起，數(shù)值大小通常用庫倫公式表示：t=c+otan式中：t土的抗剪強(qiáng)度（kPa）；o作用在剪切面上的法向應(yīng)力（kPa）；4）-土的內(nèi)摩擦角；c土的粘聚力（kPa）。土壤的內(nèi)摩擦力是指土壤顆粒表面之間的摩擦力。在土體剪切過程中,剪切面上下之間的土粒發(fā)生相對(duì)移動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦力。因這種摩擦力存在于土體的內(nèi)部，故稱為內(nèi)摩擦力。內(nèi)摩擦力有作用于剪切面的法向應(yīng)力。與土體的內(nèi)摩擦角tan4）組成，內(nèi)摩擦力的數(shù)值為這兩項(xiàng)的乘積。粘聚力是粘性土區(qū)別于無粘性土的特征，使粘性土的顆粒粘在一起成為團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，而非無粘性土單粒

30、結(jié)構(gòu)。粘聚力來源于以下兩部分：電分子吸力粘性土顆粒極細(xì)，土粒表面帶負(fù)電荷，土中水分子的正電荷一端與土粒表面吸引，定向排列成結(jié)合水，產(chǎn)生粘聚力。土中天然膠結(jié)物質(zhì)土中含有硅鐵碳酸鹽等物質(zhì)，對(duì)土粒產(chǎn)生膠結(jié)作用，使土具有粘聚力。土壤抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、4）是決定土壤抗剪強(qiáng)度大小的主要內(nèi)在因素，所以對(duì)土壤抗剪強(qiáng)度的研究一般都是分為不同對(duì)土壤的粘聚力和內(nèi)摩擦角的研究。土體的結(jié)構(gòu)、密度、含水量等因素都與抗剪強(qiáng)度指標(biāo)有很大的關(guān)系，對(duì)于某一試驗(yàn)區(qū)來說，土體的結(jié)構(gòu)和密度變化不會(huì)很大，而含水量對(duì)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的影響可能要大于其他因素。尤其對(duì)非飽和土來說，含水量的變化直接影響了非飽和土的一個(gè)重要的指標(biāo)-基質(zhì)吸力，研究表明，

31、基質(zhì)吸力與土壤的表觀凝聚力有關(guān)，而表觀凝聚力是總凝聚力的一部分，因此含水量的變化對(duì)土壤抗剪強(qiáng)度有很大的影響。挖取土壤剖面選取A層代表性土壤，使用SDJ-1型三速電動(dòng)等應(yīng)變直剪儀進(jìn)行快剪試驗(yàn)，作出抗剪強(qiáng)度與垂直荷載（100、200、300、400kPa）的關(guān)系圖,求得黏聚力C和內(nèi)摩擦角。環(huán)刀法測(cè)定土壤容重及天然密度，烘箱法測(cè)定土壤天然含水率。取回土樣經(jīng)風(fēng)干、研碎，除去其中的根、大石礫等，按照試驗(yàn)測(cè)得原狀土的含水率和干密度配制成與原狀土同含水率、同密度的重塑土,進(jìn)行快剪試驗(yàn)，操作同原狀土。3.1原狀土與重塑土剪切比較-D3丄1剪切曲線差異原狀樣在低法向壓力下表現(xiàn)出超固結(jié)土的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系特征，即在

32、應(yīng)變硬化階段，盡管出現(xiàn)顯著的塑性變形，但由于塑性應(yīng)變?cè)黾恿送馏w繼續(xù)變形的阻力,使其能夠承受更大的應(yīng)力，且屈服點(diǎn)不斷提高，直到達(dá)到峰值，土體才發(fā)生破壞,到達(dá)峰值以后，應(yīng)變?cè)倮^續(xù)發(fā)展，應(yīng)力反而下降，這一階段稱為應(yīng)變軟化階段，但最終應(yīng)力并不隨應(yīng)變的增加而下降，而是保持某一值見圖3中曲線(1)；而對(duì)于重塑土，應(yīng)力隨應(yīng)變的發(fā)展過程不會(huì)出現(xiàn)峰值強(qiáng)度見圖3中曲線(2)o圖3標(biāo)準(zhǔn)土體的剪應(yīng)力一剪切位移關(guān)系曲線Fig.3standardofsoilshearrelationcuivesbetweenstressandsheardisplacement根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到了不同土樣的剪切位移曲線，如下圖4-15。多

33、數(shù)情況下，隨著垂直荷載的增加，剪應(yīng)力會(huì)增大，但也有例外情況如圖10玉米地原狀土剪切位移曲線，出現(xiàn)了300KPa荷載下的剪應(yīng)力要大于400KPa垂直荷載下的剪應(yīng)力，但重塑土保持正常的規(guī)律，說明某些土壤在一定垂直荷載下才滿足庫倫定理，本次試驗(yàn)土壤花生地土壤在300KPa以下的庫倫曲線才有意義。圖14林地02原狀土剪切位移曲線表現(xiàn)出在后期400KPa垂直荷載下要大于300KPa垂直荷載下的剪應(yīng)力，前期要小于，也一定程度上說明庫倫曲線的適用性。9.5.26493.212253184.31S512S63E2.9639禮957351054379.M5剪切往移/0Olum圖4花生地01原狀土剪切位移曲線Fi

34、g.4undisturbedsoilsheardisplacementcurveofpeanuts01華中農(nóng)業(yè)大學(xué)2013屆本科畢業(yè)論文華中農(nóng)業(yè)大學(xué)2013屆本科畢業(yè)論文 XI+100K皿-200Kpa300Kpa400KPaE5.5486995124.S52183152502S5.82236998.S3446S0S.$50593剪切位移/0.01didoooooo5o5;、卩；522圖5花生地01重塑土剪切位移曲線Fig.5theremoldedsoilsheardisplacementcuiveofpeanuts01300250050bt0.05通過方差齊次性檢驗(yàn)；單因素方差分析結(jié)果由圖可

35、知p=0.1650.05,即原狀土抗剪強(qiáng)度和重塑土差異不明顯。說明兩者具有一定相關(guān)性，為我們用函數(shù)關(guān)系描述它提供了科學(xué)依據(jù)。302520ooooooO5051XIX100150抗剪強(qiáng)度曲200250圖24原狀土抗剪強(qiáng)度與重塑土剪強(qiáng)度關(guān)系散點(diǎn)圖臨沂地區(qū)原狀土與重塑土抗剪強(qiáng)度墊異研究臨沂地區(qū)原狀土與重塑土抗剪強(qiáng)度墊異研究：0050100150200環(huán)抗魏度海250Fig.24Undisturbedsoilandremoldedsoilshearstrengthshearstrengthbetweenscatterdiagram對(duì)散點(diǎn)圖通過excel趨勢(shì)擬合，找到最合適的如圖25的擬合曲線。從而得到

36、了原狀土與重塑土的擬合曲線3005000500圖25擬合曲線Fig.25cuivefitting3.2.2擬合曲線原狀土和重塑土抗剪強(qiáng)度擬合曲線如下：y=l.13741+11.762R2=0.8722擬合曲線的復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.8722,擬合精度較高。從而得到了原狀土和重塑土的擬合函數(shù)，對(duì)簡(jiǎn)化原狀土抗剪強(qiáng)度的獲得有一定的幫助。4結(jié)果與討論簡(jiǎn)單分析中，可以得到根系因素對(duì)土體抗剪強(qiáng)度影響很大，土壤質(zhì)地、含水量、有機(jī)質(zhì)等土壤屬性指標(biāo)也影響土壤抗剪強(qiáng)度。土壤屬性值可以作為評(píng)價(jià)土壤抗剪強(qiáng)度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。同一植被下，在同一荷載作用下的具有相同含水率、干密度的原狀土和重塑土相比較:原狀土的剪切近似于華中農(nóng)業(yè)大學(xué)

37、2013屆本科畢業(yè)論文華中農(nóng)業(yè)大學(xué)2013屆本科畢業(yè)論文 #塑性破壞，而重塑土則屬于彈性破壞且在相同垂直荷載作用下，原狀土的剪切位移要小于重塑土；原狀土和重塑土的抗剪強(qiáng)度具有良好的相關(guān)關(guān)系，能擬合成回歸曲線,可用公式y(tǒng)=1.1374x+11.762表示。公式考慮的因素還比較簡(jiǎn)單，公式的適應(yīng)性有待于進(jìn)一步研究。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)2013屆本科畢業(yè)論文臨沂地區(qū)原狀土與重塑土抗剪強(qiáng)度墊異研究22考文獻(xiàn)1王為、李小昱、王轉(zhuǎn)衛(wèi)農(nóng)業(yè)土壤抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)研究J干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,20023(1):125-1272王庫.植物根系對(duì)土壤抗侵蝕能力的影響J土壤與環(huán)境,2001,10(3):250-252【3】代全厚、張力.

38、嫩江人堤植物根系固土護(hù)堤功能研究，中國水土保持,1998(12);116-1184朱顯謨.黃土高原地區(qū)植被因素對(duì)于水土流失的影響J土壤學(xué)報(bào)3960.8(2):110-1205吳以棠.略論水土保持型生態(tài)農(nóng)業(yè)問題J,中國水土保持1992,(12)：56-586孫建軒水土保持詞語談釋M北京：水利屯力出版社,19851-237辛樹幟、蔣德麒中國水土保持慨論M北京：農(nóng)業(yè)出版社.1982【8】張愛國、李銳、楊勤科中國水蝕土壤抗剪強(qiáng)度研究J,水土保持通報(bào)，2001.06-219張曉明、王玉平、夏一平等重慶縉云山典型植被原狀土與重塑土抗剪強(qiáng)度研究J農(nóng)業(yè)工程學(xué)扌艮20061(11);69【10】張祖榮.植物根系

39、提高土壤抗侵蝕能力的初步研究J渝西學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002,15(1):31-35.11孫一源，高行方,余登苑農(nóng)業(yè)土壤力學(xué)M北京:農(nóng)業(yè)出版社,1985.54-97.12姚賢良，程云生土壤物理學(xué)M.北京:農(nóng)業(yè)出版社，1986.195-207.【13】蔣定生等編著.黃土高原水土流失與治理模式.北京：中國水利水電出版社.199714郭培才，張振中黃土區(qū)土壤抗蝕性預(yù)報(bào)及評(píng)價(jià)方法研究.水土保持學(xué)報(bào).1992,6(3)15潘利君,Ii-.E.Beigsnia.利用土壤入滲速率和土壤抗剪力確定土壤侵蝕等級(jí)，水土保持學(xué)報(bào),1995,9(2)【16】郭書魁.豎向加筋砂土直剪試驗(yàn)的顆粒流數(shù)值分析D.浙江：

40、浙江人學(xué).2013,117陳昌富，劉懷星,李亞平加筋土的護(hù)坡機(jī)理及強(qiáng)度準(zhǔn)則試驗(yàn)研究J中南公路工程，200631(2):14-17.18WUTH,MCOMBERRM.ERBRT.etal.Saidyofsoil-rootinteractionJ.JGeotechEng,1988,114(12)11351-1375.【19】BeimettHHSoilConseivationM.NewYork；megraw-hill19394-35【20】MooieWC.ADictionaryofGeographyM.London:AdnmandCharlesBlack.1975.13121MorganRPCSoi

41、lErosionandConseivation(secondedition)M.NewYork:JohnWileyandSons,1995,1-31.GuberAK、GishTJ,PachepskvYA,vanGenuchtenMT,DaughtiyCST,NicholsonTJ、CadyRE2008.TemporalstabilityinsoilwatercontentpatternsacrossagriculturalfieldsJCatena,73:125-133BaffautCNearingMANicksADImpactofGLIGENPaiametersonWEPPPredictedaveragesoilloss.TransectionsAinericaiiSocietyAgricultureEngmeers1996,39(2)：1001-1020PmientelOveiviewworldSoilErosionandConseivationM.EditedbyDPunentebCambridgeUniversityPress,Cainbiidge1993,15.JudsonS.1980、Whatishappenmgtoourcontinents.InEJ.Skinn審UseandMisuseofearthssuiiaceWilliamKaufinaii,I