土壤結(jié)持度對土壤失效模式影響的研究.pdf

1、土壤失效形式在評估土壤的機(jī)械特性和耕作效果方面扮演著重要角色，過去的幾十年里，在評價(jià)土壤和工具機(jī)械參數(shù)對土壤失效形式等的影響方面進(jìn)行了大量的研究，盡管如此，對于土壤失效形式和土壤-工具參數(shù)方面的關(guān)系缺少圓滿的解釋。這主要是由于土壤成因的復(fù)雜性、紋理、獨(dú)特的氣候條件以及基于不同土壤的耕作制度等原因造成的。本研究基于可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為依據(jù)，反映基于土壤含水量的合理取值，發(fā)現(xiàn)含水率對不同土壤及土壤失效形式的的影響并無直接關(guān)系，相反土壤的結(jié)持限

2、可以作為定量土壤失效形式的可靠參數(shù)。
　　本研究既包括實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)也有田間試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)在室內(nèi)土槽中進(jìn)行，土槽裝置安裝在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院的農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)驗(yàn)室，田間試驗(yàn)在江蘇省南京農(nóng)業(yè)大學(xué)所屬的江浦農(nóng)場進(jìn)行。在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，測量了旱地土和水稻土在粘限、塑限和液限及粘著點(diǎn)時(shí)的土壤失效形式和相應(yīng)的切削力。在田間實(shí)驗(yàn)中，對在塑限和液限及粘著點(diǎn)處的土壤失效形式與土槽實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行了對比。土壤失效形式的仿真模型用有限元方法進(jìn)行了標(biāo)定和驗(yàn)證，并與室

3、內(nèi)土槽及實(shí)地實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了比較。在土槽實(shí)驗(yàn)和田間實(shí)驗(yàn)中，對遵循著不同失效形式的土壤結(jié)構(gòu)進(jìn)行了量化，以便研究最佳的土壤失效形式。本論文進(jìn)一步研究了在臨近最佳土壤失效形式時(shí)耕作的最佳含水量。
　　不同試驗(yàn)的結(jié)果歸結(jié)如下:
　　1.在土壤失效形式或者拉力與結(jié)持界限之間存在直接聯(lián)系。土壤在粘限發(fā)生脆性失效，切削引起的土壤失效發(fā)生在15°楔角及30mm切削深度，塑限時(shí)發(fā)生的小單元應(yīng)變彎曲失效在30°和45°楔角及50mm和70mm切

4、削深度，而流動(dòng)失效與土壤液限相關(guān)。在粘著點(diǎn)時(shí)，流動(dòng)失效發(fā)生在30mm切削深度和15°楔角，同時(shí)大面積彎曲的流動(dòng)和流變應(yīng)變發(fā)生在50mm和70mm切削深度及30°和45°楔角條件。70mm切削深度和45°楔角條件的土壤彎曲變形明顯。粘限、塑限和粘著點(diǎn)處的拉力在自然情況下表現(xiàn)出周期性，而液限處的土壤失效表現(xiàn)則相對多樣化及并隨切削位移表現(xiàn)為衰減的趨勢。最大的拉力發(fā)生在塑限處，最小值則發(fā)生在液限處。同樣質(zhì)地的土壤失效形式會(huì)隨著含水量、土壤類型和

5、土壤顆粒尺寸分布的變化而變化，故結(jié)持限比單獨(dú)的含水量水平更能夠?yàn)橥寥朗问教峁└宄蜏?zhǔn)確的定義。
　　2.在土槽試驗(yàn)和田間試驗(yàn)中土壤失效形式與土壤結(jié)持限之間存在直接聯(lián)系。由于田地里作物殘茬根系的存在，田間試驗(yàn)與土槽試驗(yàn)的結(jié)果并不十分吻合。有限元方法是模擬土壤失效形式的工具，然而模擬的結(jié)果與土槽試驗(yàn)結(jié)果的吻合度比田間試驗(yàn)好。土壤的物理和機(jī)械性質(zhì)在切削失效、彎曲失效、流動(dòng)失效和相當(dāng)彎曲的流動(dòng)失效后發(fā)生顯著變化，但是失效形式的區(qū)別不

6、顯著，不同失效形式后的土壤結(jié)構(gòu)對于好的耕層構(gòu)造無益處。
　　3旱地土壤土和水稻土相比，發(fā)生脆性失效后土壤的干容重、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角和圓錐指數(shù)大幅降低;而經(jīng)過剪切失效和彎曲失效后的這些參數(shù)僅輕微降低或保持不變。對于2種土壤而言，土壤的最大分形維出現(xiàn)在脆性失效之后，最小分型維發(fā)生在彎曲失效之后。同樣地，最大比表面積出現(xiàn)在脆性失效之后，最小出現(xiàn)在彎曲失效后。這些結(jié)果表明對于旱地土壤和水稻土這兩種土壤類型，脆性失效后的土壤結(jié)構(gòu)優(yōu)于切削形成