摘要：土壤分离临界水动力学参数是侵蚀预报研究的基础内容,但关于不同近地表土壤水分条件下坡面侵蚀发生临界起动关键影响因子及其内在机制尚不清楚。本研究选取长江中上游地区典型黄壤为研究对象,试验设计5个土壤前期含水率(5%~23%)和5个坡度(1.0°~10.0°),利用冲刷槽实测土壤分离临界水动力学参数,探讨土壤分离临界水动力学参数对不同土壤前期含水率和坡度耦合作用的响应。结果表明:土壤分离临界流速、临界水深和流态均与坡度和土壤前期含水率呈幂函数减小关系;在坡度小于5.0°时,土壤分离临界水动力参数受坡度和土壤前期含水率耦合作用的影响;而在坡度大于5.0°时则主要受坡度的影响。因此,当坡度大于5.0°时,可直接采用简化幂函数方程对土壤分离临界水动力参数进行估算。在本研究试验条件下,坡面土壤分离临界水流流态基本属于层流、缓流,发生紊流、急流的概率很小。坡度和土壤前期含水率对坡面流阻力有重要的影响,阻力系数随临界单宽流量和雷诺数的增加呈幂函数下降趋势。

摘要：【目的】为提高植物根系固土效果模型量化的准确性,针对植物根系在土壤中受破坏的不同方式,基于植物生长过程的根土复合体直剪试验,利用根的拔出与抗拉试验,分析根系在不同生长时期的受力机制,定量评估植物根系对土壤的加固效果。【方法】在原有直剪仪器的基础上,设计了一套分离式、可测定盆栽植物根系固土效果的装置。将12棵3年生山矾幼树样本直接种植于直剪盒,针对移植后1个月、4个月和1年后山矾根系的单根抗拉强度、拔出强度和根土复合体的抗剪强度进行测定,建立植物单根直径与单根抗拉强度、拔出强度的关系曲线。在时间尺度上,研究影响其根系固土的相关参数变化,分析根系与土壤的相互作用机制和根系的破坏情况,并优化现有Wu模型,并尝试评估动态生长过程中的根系固土效果。【结果】1)植物根系固土效果受抗拉强度与拔出强度的共同影响,在植物的生长的过程中,拔出强度对固土效果的影响比抗拉强度更加显著;2)随着植物种植时间的增加,4个月后根土复合体的抗剪切强度显著增加,1年后根土复合体的抗剪切强度较前4个月增长放缓。根土复合体发生剪切破坏后,根系发生断裂破坏的概率随种植时间的增加而增加。3)将根系抗拉和拔出强度2个参数加入到植物根系固土模型的计算中,可以更好地反映植物根系固土效果,特别是对于植物移植生长过程,模型计算结果与实际值平均相差仅为8.13%。【结论】植物根系在1年的生长周期内,根系数量不会发生较大变化,根系抗拉强度由其材料属性决定,也不会发生较大变化。而根系与土壤间的键合则变得更加紧密,根系的拔出强度增加显著,更多的根系在土壤发生破坏时发生断裂,最终提高根系加固土壤的效果。

摘要：为研究自然边坡其强度特性随含水率的变化规律。通过设计不同体积含水率(20%,27%,35%,40%,45%)和2种含根量(RAR=0.1%,0.3%)的重塑土进行不固结不排水三轴试验,以研究含水率对土体破坏方式、抗剪强度和初始切线模量的影响。结果表明:(1)试样破坏模式多为剪切变形和剪胀变形,在含水率为20%,27%时,出现明显剪切贯穿面破裂带,其余含水率下表现为剪胀变形;(2)含水率对根土复合体抗剪强度主要体现在黏聚力上,含水率从20%升至45%时,2种含根量的根土复合体黏聚力分别降低67%,72%;含水率低于35%时,可用对数关系表示,随含水率升高,黏聚力明显降低;含水率达到35%以上时,可用线性关系表示,黏聚力下降速度减缓;含根量增加,抗剪强度提高;(3)不同含根量和围压下根土复合体初始切线模量与含水率关系可以用线性关系拟合,含水率从20%升至45%时,2种含根量的根土复合体初始切线模量平均分别降低43%和47%。综合考虑土体弹塑性和植物因素对土体位移或变形的影响,可提高边坡稳定性计算精度。研究结果可为植物边坡以及水土保持植被建设治理提供科学参考,丰富根系固土领域的科学理论。

摘要：为研究降雨联合水位波动条件下的河岸稳定性动态机理,设计合理的生态护坡方案,采用实地勘察、力学试验、数值模拟相结合的方法揭示嘉陵江北碚段边坡稳定性随水位变动的特点及边坡失效机理,并对比传统护坡手段探讨“活木桩护坡”措施中的关键技术参数。结果表明:1)河岸滩涂边坡的稳定性随水位升降而波动,在水位消落阶段边坡稳定疾速下降,其原因为边坡外部静水压力随水位消落卸载,边坡内部指向坡外的渗透压力作用导致中坡位发生浅层破坏。在暴雨多发的夏秋季节,当江水位下降速率超过3 m/d应激发河岸滩涂的滑坡灾害预警;2)在活木桩的桩体直径和入桩角度固定的条件下,适当增加入桩长和减少桩间距有助于限制边坡水平位移,河岸滩涂缓坡的桩体配置建议为警戒水位和常水位之间的中上部,桩距2.3 m桩长3.3 m组合,且只有当桩长接近潜在滑动层时才会影响到表层土的稳定性;3)在优化参数配置下的活木桩配置初期,可在水位消落的极端条件下提高稳定系数18.6%,是传统草灌木固坡效果的3.8倍。木桩根系充分生长后可提高边坡稳定系数22.3%,较同配置桩体增加3.7%。

摘要：植物根系在土体剪切过程中的受力状态和失效方式随含水率的变化会影响根系固土能力,而根增抗剪强度的模型计算时往往忽略该方面的考虑,使估计值远高于实验值。为准确估计非饱和状态下根系的固土能力,以香根草根土复合体为对象,设计以土壤含水率和根系密度为变量的大盒直剪试验及单根拉拔试验,观察含根土体的抗剪强度和根系失效方式,基于此对根增抗剪强度进行估计。结果表明:1)在含水率相同的情况下,根增抗剪强度与根系密度呈正相关;根系密度一定的情况下,根增抗剪强度与含水率呈负相关。2)直径在0.2~2.2 mm单根样品的抗拉力和抗拉强度区间分别为3~19 N和5~29 MPa,根系的抗拉强度Tr和抗拉力t随直径D增大分别呈负幂函数和正幂函数(Tr=11.514D^(-0.885),t=9.5763D^(1.095));根系的拔出力p随直径变化也服从正幂函数(p=αD^(β),α>0,β>0),且含水率越高,α值越小。3)ω_(1)%、ω_(2)%、ω_(3)%、ω_(4)%4个含水率梯度下Wu模型根增抗剪强度值分别为试验值的1.834、1.864、1.889、1.873倍,而考虑含水率失效方式计算的根增抗剪强度值分别为试验值的1.337、1.028、0.788、0.481倍。因此:1)不饱和状态下,根系固土能力的大小主要与剪切过程中的拔出根数量比有关,直剪试验过程中含水率越高,根系的拔出根数量比越大,能充分发挥抗拉强度的根系数量越少,根增抗剪强度越小,根系固土的能力越弱;2)根系的抗拉强度、抗拉拔力与直径均呈幂函数关系,且随着含水率升高,抗拔力的拟合衰减系数增大;3)考虑含水率及根系失效方式后,所得根增抗剪强度的估计值比Wu模型更接近实验值。

摘要：透水铺装作为一种从源头控制雨水径流的低影响措施,具有降低地表径流量和洪峰流量、改善雨水径流水质、补给地下水等功能,因而,正被越来越广泛地应用于海绵城市建设。文章从透水铺装结构与分类、透水铺装径流调控机理、透水铺装水量削减与水质净化效益、透水铺装堵塞机理及影响因素等多个方面综述了国内外透水铺装径流调控研究进展,并从透水铺装流域/区域尺度径流调控效益、透水铺装维护方法、冬季透水铺装的径流调控效果、透水铺装污染物迁移转化规律和透水铺装全生命周期效益评价等方面提出了未来的研究趋势和重点,以期为透水铺装径流调控效益研究及透水铺装设计、建设和维护等提供理论和方法支持。

摘要：根土盘是边坡林木力学分析建模和了解林木倒伏力学机制的重要模块。为实现基于植株地上部分易观测指标对根土盘几何参数的预测,以及分析根土盘形态特征的主要影响因子,对缙云山林地倒伏树木进行野外调查,统计杉木、润楠、大头茶的树高、冠高、冠幅、根土盘的迎风半径、背风半径、横向直径、根土盘深度、根系数量、地形坡度等指标,并对3种植物的根土盘根系抗拉强度进行测定,最终对调查数据进行统计拟合以及PCA分析。结果表明:1)大头茶具有最大的横向直径与最小的根土盘深度且表层根系数量多于杉木和润楠,根土盘整体呈宽浅圆盘状;杉木具有最小的横向直径与最大的根土盘深度且深层根系数量多于大头茶和润楠,根土盘整体呈窄深圆柱状;2)3种树木根土盘的横向直径、迎风半径、背风半径与胸径均呈较强的正相关关系(R^(2)>0.452),根土盘深度与胸径的相关性则较弱(R^(2)<0.047);3)PCA分析结果显示根土盘横向直径与根系数量和地形坡度呈较强正相关关系,根土盘深度与冠幅、冠高比呈较强正相关关系。综合得出:通过胸径可以对横向直径、迎风半径、背风半径这些指标进行相对比较好的预测,对根土盘深度的预测则较差;倒伏株的根土盘形态主要受根土盘根系数量、冠高比等决定,较多的根系数量和较大的地形坡度导致更大的根土盘横向直径,冠高、冠幅比较大的树木,导致更大的根土盘深度。

摘要：植物措施是水土保持措施的重要组成部分。植物被认为可以多角度加固土壤与边坡。以重庆缙云山地区的乔木种(四川山矾)和草本(狗牙根)作为研究对象,选择一片林窗裸地种植2种植物样本,对种植后3年的土壤抗剪强度、根系分布密度和根系强度等指标进行测定,评估不同植物种在不同种植时期、不同土层的固土效应,探讨不同植物种的土壤加固效应和作用机制,为以固土为主要指标的水土保持植物措施的植物选择提供理论依据。结果表明:1)2个物种都可以通过机械与化学固土作用加固土壤,其中机械加固作用为5~15 kPa,化学加固作用为0~7 kPa。狗牙根仅在种植的第2年,通过其较快生长的特性,在0~20 cm土层提供的土壤黏聚力增加值高于乔木12%,第3年后则高于乔木7%;2)2个植物种对土壤的加固效果都是机械加固作用高于化学加固作用,在0~20 cm土层,狗牙根的机械加固作用比化学加固作用约高52%,而四川山矾则高出26.2%。在20~40 cm土层,四川山矾的机械加固作用高于化学加固作用42.45%,狗牙根则不存在显著差别。不同类型的植物可能通过不同的方式加固土壤,有些可能有较多且强度较高的根系通过机械作用加固土壤;有些可能通过改变土壤本身的有效黏聚力和内摩擦角,通过化学作用加固土壤。寻找不同植物固土能力的特点,可为不同地区固土树种的选择提供理论依据。

摘要：为探究长期自然环境中酸沉降强度对马尾松林下土壤活性铝的影响,以酸沉降强度依次增大的重庆四面山、缙云山、铁山坪为研究区,选取母质相同的马尾松土壤为研究对象,分析不同酸沉降强度下土壤pH值、营养元素含量、交换性阳离子含量、酶活性与土壤活性铝的相互作用关系。结果表明:随着酸沉降强度的增大,土壤pH值及全碳(TC)、全氮(TN)、交换性铝(Ex-Al)、单聚体羟基铝(Hy-Al)、酸溶无机铝(Ac-Al)含量显著下降(P<0.05),而交换性Mn^(2+)含量不断上升。研究区活性铝以Ac-Al和腐殖质酸铝(Hu-Al)为主,共占比77.1%~84.9%。酸沉降条件下,土壤各形态活性铝含量与TC含量、TN含量、全硫(TS)含量、铵态氮(NH_(4)^(+)-N)含量、脲酶(UE)活性显著相关(P<0.05),活性铝总量的主要影响因子为NH_(4)^(+)-N含量。酸沉降强度改变影响土壤活性铝的主导因子。在四面山,TC、TN、TS含量与各形态活性铝含量显著正相关(P<0.05);在缙云山,Mg^(2+)含量与Ac-Al含量显著正相关(P<0.05),与Ex-Al、Hy-Al、Hu-Al含量显著负相关(P<0.05);在铁山坪,硝态氮(NO_(3)^(-)-N)含量与Ex-Al含量极显著负相关(P<0.01),与Hy-Al、Ac-Al、Hu-Al含量极显著正相关(P<0.01)。随着酸沉降强度的增大,马尾松土壤碳氮元素流失,活性铝淋溶,交换性Mn^(2+)含量升高。经冗余分析可知,随酸沉降强度增大,影响土壤各形态活性含量的主要因子由TC、TN、TS含量转变为交换性Mg^(2+)含量,后为NO_(3)^(-)-N含量。