干湿交替过程中土壤胀缩特征的试验研究

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1、第一章绪论太高，仍需进一步改进。土壤容重变化体现了土壤体积变化的情况。土壤体积变化包括两个过程，即膨胀过程和收缩过程。当对土壤干燥时，土体会发生收缩，容积变小。在收缩土粒内力的作用下，土体会出现裂隙，尤其是在土块比较疏松的地方。当湿润土壤时，土体膨胀，容积变大。此时产生的裂隙可能会闭合，土面上升【4】。由于土体的收缩裂隙是影响水盐运移的主要因素之一。所以对土体开裂网络的研究尤为重要。Chertkov等【2】提出用概率法描述土体开裂模式。他引进了最大开裂深度和表层厚度这两个参数，能够估计接近稳态下的开裂宽度的分布状况和表层发生开

2、裂的面积。但是直接测定最大开裂深度和表层厚度耗费时间。Chertkov等【20】在已有的开裂网络几何模型的基础上提出了估计土壤开裂曲度的方法。认为用于描述土壤开裂特性的裂隙间的平均开裂间距不影响开裂曲度。Chertkov【2lJ进一步指出稳态下土壤表层收缩裂隙间的平均间距是容易直接测定的，而且这一平均间距与土壤的最大开裂深度和表层厚度这两个参数呈一定的相关性。所以提出用平均间距估计最大开裂深度和表层厚度。1。2．2土壤体积变化的表示方法土壤体积的变化常使用孔隙度、容积变化量、容重、比容积与含水量的关系来表达。孔隙度最普遍的表达

3、方式为充气孔隙度(air—filledporosity——AFP)。从AFP图上仅仅能读出任一含水量时的空气容积，因此AFP的使用局限于土壤的通气性与土壤水势相关的研究中。容积变化量一般表示为容积比率，即土壤的容积变化／水损失的容积。容积比率解释了土壤体积的减少是否是等于容积水的损失还是空气替换的问题，因此它常用于预测田间土壤体积变化的研究中。比容积——容重的倒数(单位烘干土的容积)是表示土壤体积变化更为普遍的方法。通常比容积与含水量的关系称之为收缩特征曲线。比容积的应用使得土壤体积的变化具有了其特定的物理意义，贯穿了整个含水

4、量范围，这是它的优势所在。土壤体积的变化要受到土壤粘粒矿物[22】(蒙托石、高岭石、水运母等)、吸附性阳离子种类、土壤结构[231、容重、时间、温度、土壤溶液性质、含水量变化、压力等诸多因素的影吲24’25’26】，田间的测定比较困难。而且土壤的胀缩变化使得建筑物、道路以及其它结构建筑存在日益增加破坏的危险，因此许多学者提出从土力学性质方面，诸如膨胀指标(SI)、弹性指标(PI)、粘粒含量(CC)、活性指标(A)、初始(wi)与最后含水量(wf)、缩限(SL)、收缩速率(SR)、液限(LL)、线性收缩(LS)、塑限(PL)、吸

5、湿含水量(wH)等，预测土壤体积变化的经验方法[27】。H01tz和Gibbs(1956)提出了从粘粒含量(CC)、弹性指标(PI)、缩限(SL)来估计土壤潜在的容积变化【281。Seed等(1963)以粘土矿物(高岭石等)以及年历含量决定土壤潜在的容积变化为基础，分别提出从粘粒含量(CC)、活性指标(A)或弹性指标(PI)来估计最优先水分下压实土壤的容积变化【29】。随后RanganathaIn和4干湿交替过程中土壤胀缩特征的试验研究Satyanarayana(1965)用收缩指标——液限与收缩之差(LL—SL)取代弹性指标

6、而提出了一个类似的更合理的估计压实土壤潜在的容积变化的方法，同时还提出了用收缩指标预测自然土壤体积变化的方法【30】。Nayak和Christensen(1971)将理论与经验相结合从弹性指标(PI)、粘粒含量(CC)，初始含水量(w：)获得压实土壤体积变化的方程【31l。Mcdowell(1956)在压实土壤或自然土Mcdowell(1965)在压实土壤或自然土壤的容积变化与Atterberg缩限实验等同的假设下，给出了一个计算任意两个含水量之间的容积变化方法[32】。Franzmeier和Ross(1968)根据膨胀指标(

7、SI)和线延展系数吲之间较好的相关性，将线性延展系数转换后获得了从膨胀指标估计土壤潜在容积变化的方程州。Nayak和Christensen(1971)将理论与经验相结合从弹性指标(PI)、粘粒含量(CC)、初始含水量(Wi)获得压实土壤体积变化的方程【115】。Parker，Amos和Kaster(1977)以线延展系数计算自然结构土块的容积变化为标准，评价了上述估计土壤体积变化的方法，得出估计压实土壤体积变化的方法不适于预测自然土壤的容积变化；Ranganath砌和Satyanarayana、Mcdowell的方法估计值偏低

8、，LL—SL、-缩限、收缩速率的物理意义还不甚清划35】。有研究表明粘粒类型比粘粒含量更重要，弹性指标(PI)与土壤潜在的容积变化密切相关。在预测田间土壤的容积变化时，线性延展系数(COLE)和可能容积变化(PVC)被广泛应用，线性延展系数可直接用几种方法来测定，容积变化(P