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1、崩岗不同土层浸透差异研究（水土保持研究杂志）2014年第三期材料与方法研究区大概情况研究区位于福建省安溪县，该县崩岗数量个，占全省崩岗总数的，是南方崩岗侵蚀最为严重的区域之一，具有较好的代表性。研究区属于亚热带季风气候区，年均温，年均降雨量，降雨的季节分配不均匀，每年的月份为梅雨季节，月份受台风影响大，暴雨增加。本研究选取安溪县龙门镇洋坑村活动型崩岗为研究对象，该崩岗从上到下红土层、砂土层和碎屑层发育完好，以长石类矿物为主，其次是石英和云母，土体属于花岗岩类，整个崩壁高度为。野外选点及土壤样品的采集在典型崩岗上选取近的崩壁进行采样，共采集层土样进行相关实验。由于红土层浸透经过较为复杂，所以对红
2、土层加密取样，砂土层和碎屑层采取等间距取样，详细采样方法见表。土样采集和分析都在年月进行。土体浸透特性的测定采用“环刀法测定土样浸透特性，将环刀采回的土样进行从上到下预饱和处理。为提高实验准确度，在环刀下面放置电子天平，下渗水量直接用电子天平称重，通过重量与体积换算得到下渗水的体积。从滴下第一滴水开场计时，前两分钟每隔记一次重量，然后每隔记录一次，到后每隔记录一次，后每隔记录一次，至浸透到达稳定入渗为止。土壤理化性质的测定和相关指标确实定方法土壤理化性质的测定方法。土壤容重和孔隙度采用环刀法；有机质采用重铬酸钾消煮法，水稳性团圆体采用干筛法和湿筛法。土壤质地分析方法：粒径的土粒采用筛分法，粒径
3、的土粒采用粒度仪分析，设备为丹东百特仪器有限公司生产的激光粒度分布仪。结果与分析崩岗土体浸透特性崩岗土体不同土层浸透稳定经过浸透是水分在重力作用下的垂直运移，土壤浸透特性是影响其水分运动和抗蚀性能的重要指标。图分别是红土层、砂土层和碎屑层土体的浸透速率和时间的关系趋势图，从图中能够看出，除表层土层外，崩岗土体整体浸透性能较差。从图中能够看出，红土层浸透速率波动相对较大，在浸透速率相对稳定，其次为碎屑层，在浸透速率相对稳定，砂土层的浸透经过最为平缓，且红土层的稳定浸透速率要大于砂土层和碎屑层。袁东海等对鄂东南红壤水分扩散和入渗的研究也表明表土层的水分入渗要大于心土层和底土层，这讲明红土层的蓄水空
4、间要大于砂土层和碎屑层，也更容易吸水到达重量极限而产生崩塌。崩岗垂直剖面饱和导水率变化规律饱和导水率是土壤孔隙全部充满水，在单位梯度作用下，垂直于水流方向的单位面积土壤的水流通量，饱和导水率在数值上等同于土壤在饱和状态下的稳定浸透系数。崩壁是崩岗的重要组成部分，其饱和导水率变化直接影响崩壁的崩塌。图是崩壁垂直剖面饱和导水率随土层深度的变化特征，能够看出，表层土层较大，为，在处陡然降低到，降低了，在土层，的值非常低，基本在上下，到砂土层略微增大，但明显小于红土处的饱和导水率，到碎屑层基本维持在下面。从整个剖面来看个别点略微异常，如处到达，可能是由于大颗粒含量较大，石砾和砂砾含量到达了，可以能是个
5、别土层微节理的存在，导致其饱和导水率偏大。从崩壁土体饱和导水率的变化情况能够得出，表土层处入渗性能较好，但在表层下面，尤其是在土层，土体浸透性能较差，饱和导水率维持在较低水平，所以这一层为弱透水层。弱透水层是指透水性相当差的岩层，没有详细的量化指标，是一个相对的概念。水分进入弱透水层，很难向下入渗。弱透水层的存在可能是由于土体容重较大，水分难下面渗，加之弱透水层上部的土体在雨滴打击下，致使土体分散，细颗粒随水流向下入渗，堵塞水分进入土壤的通道。弱透水层向下，土体入渗能力加强，然后降低，最后逐步趋于平缓。崩岗垂直剖面饱和导水率对崩壁崩塌的影响在一定的降雨入渗条件下，表层水分浸透性能优于弱透水层，
6、导致表层土体不断遭到冲刷剥蚀，随着入渗时间的延长，水分由不透水层向下入渗进入砂土层，由于砂土层的饱和导水率大于弱透水层和碎屑层，所以水分由砂土层向碎屑层纵向运移受阻，开场侧向运移，产生侧向的应力，这样在弱透水层和碎屑层之间，构成了潜在的崩塌体。一旦侧向应力大于土体的抗剪强度，潜在崩塌体就会沿着断裂面产生崩塌。此时，崩塌体上部的弱透水层构成临空面，在持续小型降雨条件下，临空面不断吸水增重，导致土体质量增大，假如超过土体承载极限，就会发生坍塌。林敬兰等在研究崩岗的浸透特性时指出，砂土层的位置可能存在弱透水层，阮伏水在崩岗沟侵蚀机理讨论时以为抗侵蚀能力较弱的砂土层是导致花岗岩崩岗侵蚀十分严重的重要原
7、因，通过对崩壁垂直剖面密集采样，得出崩岗的发生发展是由于弱透水层和软弱砂土层存在的缘故。在表层下面的红土层存在弱透水层，弱透水层的存在使水分向下运移的通道被堵，在大暴雨情况下，降雨量大于水分浸透速率，地表径流增大，表土很容易被冲刷，崩岗侵蚀的概率增大。加上软弱砂土层的存在，在梅雨期间夹杂高强度的暴雨，更容易发生崩岗侵蚀危害。崩壁土体浸透影响因素研究浸透是水分进入土壤的初级经过，土壤理化性质对其具有重要影响。选取容重、有机质含量、分形维数、水稳性团圆体含量、水稳系数、石砾含量、砂砾含量、粉粒含量、黏粒含量、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度为指标对浸透影响因素进行研究，各指标土体性质的统计特征值
8、见表。将容重、有机质、分形维数、水稳性团圆体含量、水稳系数、石砾、砂砾、粉粒、黏粒、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度分别设为，稳定浸透系数为，考虑到红土层弱透水层占整个红土层层次的和其特殊性，在分析不同土层浸透影响因素时，红土层分析弱透水层、砂土层、碎屑层，通过对不同土壤指标因子和稳定浸透系数进行逐步回归分析，定量研究各因子对崩岗浸透性能影响的相对重要性。进行回归方程分析时，采用回归系数的调整系数和回归方程每增加一个因素时回归系数的改变量为断定各因子对浸透性能影响程度的指标。通过对弱透水层、砂土层和碎屑层浸透影响因素和饱和导水率进行回归分析，三个层次的回归模型分别为：表是各因子进入回归方程时
9、，和的统计值。能够看出弱透水层最先进入回归方程的是容重，能解释弱透水层浸透影响因素的，然后是分形维数和非毛管孔隙度，分别解释了影响因素的和。讲明弱透水层的存在可能是由于容重较大，土壤质地比拟紧实，导致水分下渗的通道被堵塞。砂土层进入回归方程的因子是黏粒，能解释该层浸透影响因素的，适当的黏粒含量有助于土壤团粒构造的构成，团粒构造好的土壤，相应的土壤孔隙增大，水分运动的通道增加，导水率提高，浸透性能增加。而崩岗砂土层的黏粒含量较少，有机质和团圆缺乏，浸透性能较差。碎屑层进入回归方程的因子依次为分形维数、黏粒含量和容重，而分形维数能解释该入渗影响因素的，黏粒含量和容重只要。分形维数反映了土壤质地情况
10、，和黏粒含量密切相关，崩岗碎屑层土壤花岗岩原生构造，以石砾和砂砾含量为主，抗冲、抗蚀性能非常低。结论对崩壁土体的浸透性能研究表明：总体上崩壁土体浸透性能较差，且红土层浸透性能优于砂土层和碎屑层，在表层下面存在弱透水层，弱透水层的厚度大约。分别对影响弱透水层、砂土层和碎屑层浸透的主要因子进行回归分析，三个土层主要浸透影响因子不同，且同一因子对不同土层的影响程度也存在差异。影响弱透水层浸透的主要因子是容重和土壤颗粒分布情况，二者能解释拟合回归方程的，影响砂土层浸透的主要因子是黏粒含量，能解释拟合回归方程的，影响碎屑层浸透的主要因子是颗粒分布情况，能解释拟合回归方程的。本研究选取完好的崩壁垂直剖面对不同土层的浸透特征和影响浸透的因素进行研究，为进一步认识崩壁土体的水分特征提供了一定参考。但在崩岗剖面水分的分布和运移规律方面，有待进一步讨论。