巖石碎屑對紫色土水力學(xué)特性的影響

巖石碎屑對紫色土水力學(xué)特性的影響紫色土是亞熱帶地區(qū)由富含碳酸鈣的紫紅色砂巖和頁巖發(fā)育而來的初育土,廣泛分布于四川盆地,由于其發(fā)育時間短暫,土壤中著分布大量的巖石碎屑,巖石碎屑作為直接從母巖上剝離的部分,完美繼承了母巖的特性。巖石碎屑的存在,對土壤的結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、水分特征等有著非常重要的影響?，F(xiàn)有的研究中關(guān)于巖石碎屑對土壤水力學(xué)過程作用機(jī)制的研究較少。因此,本研究以三疊系飛仙關(guān)組紫色頁巖與侏羅系遂寧組紫色泥巖及其發(fā)育而來的土壤為研究對象,室內(nèi)制作0.25-2mm、2-5mm、5-10mm粒徑巖屑及配置0%、30%、50%、70%、100%比例的模擬土,采用壓力膜儀法、水平土柱擴(kuò)散法、環(huán)刀垂直入滲法測定其水力學(xué)特性,通過對比分析模擬土的水分特征曲線、水分水平擴(kuò)散性與垂直入滲性能,探討巖石碎屑對紫色粘土巖發(fā)育土壤的水力學(xué)特征的作用機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:(1)巖屑能夠降低土壤的持水能力對于紫色泥巖和紫色頁巖模擬土,其飽和含水量、田間持水量及吸濕系數(shù)均隨著巖屑含量的增加而降低。從土壤水分特征曲線可以得出,對于同一粒徑巖屑,隨著巖屑含量的增加,整個脫水過程均存在巖屑含量越高,在相同土壤吸力下的含水量就越小且對于巖屑粒徑的增大,在相同土壤吸力下的含水量也出現(xiàn)減小的趨勢。因此,紫色粘土巖發(fā)育的土壤中,巖屑能夠顯著降低土壤的持水能力。(2)巖屑能提高土壤的擴(kuò)散性不同巖屑含量模擬土的非飽和擴(kuò)散濕潤峰前進(jìn)的速率隨著時間的增加逐漸減緩。對于飛仙關(guān)組模擬土和遂寧組模擬土,當(dāng)巖屑含量為0.25-2mm時,隨著巖屑含量的增大,擴(kuò)散率也呈現(xiàn)增大趨勢;當(dāng)巖石碎屑為2-5mm和5-10mm時,模擬土的含水量明顯小于0.25-2mm巖石碎屑模擬土。同時隨著巖屑比例的增加,對于飛仙關(guān)組5-10mm巖石碎屑模擬土出現(xiàn)擴(kuò)散率逐漸增大的趨勢,而對于2-5mm巖石碎屑模擬土而言,擴(kuò)散率隨著含水率增加出現(xiàn)70%>30%>50%>0%的關(guān)系;但是對于遂寧組模擬土而言,當(dāng)巖石碎屑為2-5mm和5-10mm時,70%巖屑比例模擬土擴(kuò)散率明顯大于其余三個比例模擬土,而對于巖屑比例為30%和50%模擬土的擴(kuò)散率變化曲線則沒有明顯的大于或者小于的趨勢。因此,紫色粘土巖發(fā)育的土壤中,巖屑含量的增加能夠顯著提高土壤非飽和擴(kuò)散率。(3)巖屑能提高土壤的入滲性能不同巖屑含量和粒徑模擬土滲透水量速率隨著時間的增加出現(xiàn)先上下波動隨后逐漸穩(wěn)定的現(xiàn)象。同時,隨著巖石碎屑粒徑的增大和比例的增多,其滲透速率呈現(xiàn)增大的趨勢。因此,紫色粘土巖發(fā)育的土壤中,巖石碎屑的存在能顯著提高土壤水分入滲性能,同時入滲速率與巖石碎屑含量和粒徑呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。(4)母巖性質(zhì)影響了紫色泥巖與紫色頁巖土壤的水力學(xué)特性紫色粘土巖均容易風(fēng)化成土,但由于母巖沉積類型的不同,其風(fēng)化速率與成土速率上遂寧組紫色泥巖均要顯著高于飛仙關(guān)組紫色頁巖?？傮w而言,遂寧組紫色泥巖相較于飛仙關(guān)紫色頁巖,其孔隙面積占比較大,在基礎(chǔ)理化特性上,紫色頁巖的粘粒較紫色泥巖要高,紫色頁巖巖石碎屑較紫色泥巖巖屑質(zhì)地更加堅硬。正是由于上述諸多基礎(chǔ)特性的差異,就決定紫色頁巖土壤與紫色泥巖土壤之間的水力學(xué)行為特性有著明顯的不同,主要表現(xiàn)為:在相同的巖屑粒徑和含量下,紫色頁巖土壤較紫色泥巖土壤,其持水能力更強(qiáng),擴(kuò)散性與滲透性較差。紫色粘土巖發(fā)育土壤中的巖石碎屑能夠降低土壤的持水能力,提高土壤的擴(kuò)散性與滲透性能,且與巖石碎屑的含量和粒徑變化關(guān)系顯著。同時,母巖特性決定了紫色頁巖土壤持