紅壤坡耕地耕層土壤抗剪強度及影響因素響應特征.pdf

1、土壤抗剪強度與土壤侵蝕關(guān)系非常密切，是表征土壤抗侵蝕性能，土體破壞、埂坎穩(wěn)定性重要力學指標，同時也是土壤耕性的重要參數(shù)。本文以江西進賢、云南馬龍、廣西來賓紅壤坡耕地為研究對象，研究了耕層土壤理化性質(zhì)和抗剪強度變化特征，通過Pearson相關(guān)分析法和主成分分析探討影響抗剪強度的因素，采用室內(nèi)模擬實驗對比研究三種紅壤坡耕地耕層土壤抗剪強度對土壤含水率、干濕循環(huán)次數(shù)、幅度、土壤容重、粒徑級配的響應特征，以期為紅壤坡耕地耕層土壤水土流失防治、耕

2、層土壤質(zhì)量改善和梯田埂坎穩(wěn)定性提供理論借鑒。主要結(jié)論如下：
　　（1）不同類型紅壤坡耕地不同土層土壤理化性質(zhì)差異明顯。江西進賢紅壤、廣西來賓紅壤、云南馬龍紅壤坡耕地不同土層土壤容重和孔隙度差異明顯，土壤容重表現(xiàn)為：耕作層（0—20 cm）<心土層（20—40 cm）<底土層（40—60 cm），毛管孔隙度和總孔隙度表現(xiàn)為耕作層>心土層>底土層（P＜0.05）。耕作層土壤初始入滲率、穩(wěn)定入滲率顯著高于心土層、底土層。不同土層土壤顆粒

3、以粉粒、砂粒為主，土壤質(zhì)地為壤土，土壤機械穩(wěn)定性團聚體以>5 mm、5-2 mm粒級團聚體為主，土壤水穩(wěn)定性團聚體以0.5-0.25mm和<0.25mm粒級團聚體為主，土壤微團聚體以0.25~0.05 mm、0.05~0.01 mm粒級為主。不同土層土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷含量差異顯著，隨土層深度增加而含量降低，表現(xiàn)為耕作層>心土層>底土層。綜合野外調(diào)查和試驗分析，紅壤坡耕地合理耕層主要特征表現(xiàn)為：土壤容重介于1.11~1

4、.25g/cm-3，總孔隙度>56％，土壤穩(wěn)定入滲率5.88~10.18mm/min，土壤質(zhì)地為壤土，有機質(zhì)含量>13.67g/kg。
　?。?）不同類型紅壤坡耕地土壤抗剪強度差異明顯，隨土層深度增加而增大，呈現(xiàn)階段性特征，>30-40 cm土層時抗剪強度迅速減小。江西進賢紅壤、云南馬龍紅壤Ⅰ階段：0-40 cm耕層，抗剪強度隨深度呈線性遞增，Ⅱ階段：40-60 cm土層，抗剪強度隨土層深度增加趨于出一定的穩(wěn)定性。廣西來賓紅第Ⅰ階

5、段：0-30 cm土層，抗剪強度隨深度呈線性遞增，Ⅱ階段：30-60 cm土層，抗剪強度增加幅度急劇減小，趨于穩(wěn)定。綜合野外調(diào)查結(jié)果，紅壤坡耕地合理耕層抗剪強度變化范圍為3.58~5.99 kPa
　　根據(jù)Pearson相關(guān)和主成分分析表明，土壤容重、含水率、物理性粘粒、分散系數(shù)、濕篩MWD是與紅壤坡耕地土壤抗剪強度密切相關(guān)的物理性因素，土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、有效磷、堿解氮是與紅壤坡耕地土壤抗剪強度密切相關(guān)的化學性因素。

6、　?。?）不同類型紅壤坡耕地土壤抗剪強度隨含水率呈非線性衰減，不同垂直荷載下抗剪強度隨含水率衰減路徑差異明顯。江西進賢紅壤100 kPa、200 kPa下，隨含水量增加抗剪強度微幅度波動衰減，300 kPa、400 kPa下，含水率為11%~19%時，趨于穩(wěn)定，含水率為19%~23%時，抗剪強度劇烈衰減，含水率為23%~27%時，抗剪強度趨于穩(wěn)定。廣西來賓紅壤200、300、400kPa下，呈非線性階段衰減，含水率為11%~17%時，呈

7、非線性平滑衰減，含水率為17%~27%時，呈非線性波動衰減。云南馬龍紅壤抗剪強度隨含水率呈非線性波動衰減，含水率>25%時，衰減趨勢減弱并趨于穩(wěn)定。
　　不同類型紅壤坡耕地耕層土壤粘聚力隨含水率先增大而后減小，內(nèi)摩擦角隨含水率增大呈非線性波動衰減。含水率為11%~21%時，江西進賢紅壤粘聚力介于1.02~16.54 kPa，含水率>21%時，粘聚力隨含水率增加而減小。含水率11%~23%時，廣西來賓紅壤、云南馬龍紅壤粘聚力迅速增大

8、，含水率>23%時，隨含水率增加逐漸衰減。江西進賢紅壤、廣西來賓紅壤、云南馬龍紅壤含水率低于19%、17%、15%時，內(nèi)摩擦角線性衰減，含水率超過轉(zhuǎn)折點時，摩擦角波動衰減，且趨于穩(wěn)定。
　?。?）江西進賢紅壤與云南馬龍紅壤坡耕地耕層土壤抗剪強度、粘聚力隨循環(huán)次數(shù)增加呈非線性衰減，內(nèi)摩擦角呈波動式衰減。對江西進賢紅壤與云南馬龍紅壤抗剪強度而言，Ⅰ階段1~3、4次循環(huán)，抗剪強度衰減率呈近似線性迅速增加，抗剪強度衰減快，Ⅱ階段3、4~5

9、次循環(huán)，抗剪強度逐漸趨于穩(wěn)定值。對粘聚力而言，Ⅰ階段0~3、4次循環(huán)，呈現(xiàn)近似線性地迅速衰減；Ⅱ階段為3、4~5次循環(huán)，粘聚力趨于穩(wěn)定。內(nèi)摩擦角隨干濕循環(huán)次數(shù)增加波動式衰減，但衰減幅度明顯低于粘聚力。
　　循環(huán)次數(shù)、幅度交互效應下，江西進賢紅壤粘聚力隨循環(huán)次數(shù)的增大先迅速減小，波動范圍為2.65~9.75 Kpa，循環(huán)次數(shù)>3次后，粘聚力趨于穩(wěn)定，而循環(huán)幅度對粘聚力衰減作用不顯著。江西進賢紅壤內(nèi)摩擦角隨干濕循環(huán)幅度增大而增大。云南

10、馬龍紅壤粘聚力隨循環(huán)次數(shù)增加而減小，隨循環(huán)幅度變化先微幅增大后減小，峰值出現(xiàn)在Δw=15%附近，內(nèi)摩擦角隨循環(huán)次數(shù)增加而波動式減小，隨干濕循環(huán)幅度變化衰減路徑起伏波動大，衰減受干濕循環(huán)幅度影響小。
　　（5）江西進賢紅壤、廣西來賓紅壤、云南馬龍紅壤坡耕地耕層土壤粘聚力隨著容重增加呈逐漸增大趨勢。粒徑級配對紅壤坡耕地耕層土壤粘聚力無顯著影響，內(nèi)摩擦角隨＜0.05mm細粒徑顆粒的增加而增大，內(nèi)摩擦分布范圍為7.57°~8.67°、7.