鄂东南花岗岩崩岗土壤水分特性及抗剪强度研究

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崩岗是我国南方红壤所特有的一种水土流失现象,崩岗引发了大量水土流失,土地破坏,给国民经济和人民生命财产安全带来了极大损害。本试验在湖北省通城县杨垄和五里村选择2个发育典型的崩岗和1个治理不久的崩岗区,通过野外测定和室内模拟实验,对比测定分析了崩岗区和崩岗治理区风化壳不同层次土壤的基本物理性质、抗剪强度、阻力状况,分析降雨后崩壁水分,阻力空间分布及动态变化、不同土层的水分特性,结合崩岗不同层次受力分析,得到如下主要结论。(1)花岗岩崩岗崩壁不同土层层次土壤属性差异明显。试验研究的崩岗整体土层深厚,表层质地粘重,厚度超过450cm,粘粒含量达到20%以上,下层质地较轻,厚度超过200cm;两崩岗区砂粒含量均超过70%;上层土壤持水性强,毛管水含量在45%左右,下层土壤毛管含水量不到40%;上层大于15bar当量孔径的土壤孔隙度达到15%以上,而崩岗下层则为8%以下。(2)花岗岩崩岗的发生取决于崩岗上紧下松,上重下轻特殊的土体构型。不同土层的土壤阻力和抗剪强度差异明显。当土壤处于饱和状态时粘重的表层的粘聚力达到19200N/m2,内摩擦角为21.06°,而质地较轻的下层粘聚力仅为6470N/m2,内摩擦角为23.82°,当土壤处于较湿润状态时粘重的表层的粘聚力为11363N/m2,内摩擦角为24.24,质地较轻的下层粘聚力为20716N/m2,内摩擦角为24.29°,当土壤处于较干燥状态时粘重的表层的粘聚力达到68950N/m2,内摩擦角达到49.03°,而质地较轻的下层粘聚力仅为2630N/m2,内摩擦角仅为29.34°。粘重的表层在通常条件下对下层具备保护作用,只有达到崩塌极限时才会发生特殊的水土流失形态——崩岗。(3)初步提出了崩岗土体崩塌极限平衡公式。根据土壤中各种作用力相互作用与平衡的原理,根据土层厚度、土壤粘结力、内摩擦角、容重、水分含量,推导出了崩岗土体崩塌极限平衡公式:根据崩岗区的实测土壤属性,应用公式对风化壳不同层次在三种不同含水量下的土体崩塌极限进行了分析判别,在一定程度上说明了崩岗的发生机理。当土壤处于饱和状态时本实验区崩岗理论上直接崩塌,当土壤处于较湿润状态时本实验区BC层理论崩塌的临界深度为25.64m,而当土壤处于干燥状态时本实验区C层理论崩塌的临界深度为0.67m。(4)评价了试验区现有的崩岗治理措施。花岗岩地区崩岗的发生与土壤的湿润程度密切相关。在治理过程中既要一定程度上减少入渗进入崩岗土体的水分,又要使地表径流不会造成表土层的侵蚀。削坡治理会直接暴露C层,使得C层更容易破坏,而崩岗C层是否稳定性是崩岗会不会崩塌的主要因素。削坡后必须对C层进行有效地防护。
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