專利名稱：一種原位測(cè)定坡面表層土壤抗剪強(qiáng)度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水土保持領(lǐng)域，尤其涉及一種原位測(cè)定表層土壤抗剪強(qiáng)度的方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)是世界上水土流失最嚴(yán)重的國(guó)家之一，土壤侵蝕面積占國(guó)土總面積的1/3，并 且表現(xiàn)為強(qiáng)度高，成因復(fù)雜，危害嚴(yán)重，尤以西北的黃土、南方的紅壤、東北的黑土水土流失 最為強(qiáng)烈。全國(guó)1. 07X 108km2耕地中有坡耕地3. 330X 107km2,占總耕地面積的1/3。坡耕 地是水土流失的策源地，不僅大量泥沙傾泄而下危害下游防洪安全，更嚴(yán)重的是水、土、肥 大量流失，導(dǎo)致肥力下降農(nóng)業(yè)生產(chǎn)低而不穩(wěn)。眾多研究表明水土流失的強(qiáng)度與土壤抗沖性密切相關(guān)。國(guó)外用土壤可蝕性，進(jìn)一 步分為可分離性和可搬運(yùn)性。我國(guó)一般稱為土壤抗侵蝕性，多用抗沖抗蝕性一詞。我國(guó)從 50年代開始研究土壤可蝕性，但多采用土壤抗侵蝕性。朱顯謨將土壤抗侵蝕性分為抗沖性 和抗蝕性，蔣德麒和朱顯謨進(jìn)一步明確了抗沖性和抗蝕性的定義。二者統(tǒng)稱為土壤抗沖抗 蝕性?？箾_性主要指土壤抵抗風(fēng)、水等對(duì)土壤的機(jī)械破壞作用，而抗蝕性主要指土壤抵抗水 對(duì)土粒的分散和懸浮作用。從土壤侵蝕機(jī)理考慮土壤抗沖性和抗蝕性的劃分具有重要意 義，但從實(shí)驗(yàn)角度看，目前尚無法將抗沖性與抗蝕性分開。土壤可蝕性和抗侵蝕性從本質(zhì)上 講只是一個(gè)問題的兩個(gè)側(cè)面前者是指土壤對(duì)侵蝕作用的敏感性，后者是指土壤對(duì)侵蝕作 用的抵抗能力，因此二者都反映了土壤特性與土壤侵蝕的關(guān)系。土壤侵蝕是導(dǎo)致土地資源退化乃至徹底破壞的主要原因。定量計(jì)算土壤流失量是 合理利用和管理土地資源的科學(xué)依據(jù)之一。土壤抗沖性是定量計(jì)算水土流失的重要指標(biāo)， 實(shí)際上是土壤抗水流沖刷、剪切能力的表現(xiàn)。土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切破壞的極限 能力，其大小就等于剪切破壞時(shí)滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力。可反映土體抵抗徑流沖刷的能力，因此 可作為土壤抗沖性指標(biāo)。土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)包括內(nèi)摩擦角和粘聚力兩項(xiàng)，指標(biāo)需要用專門的儀器通過試驗(yàn) 來確定。室內(nèi)測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度常用的直接剪切實(shí)驗(yàn)、三軸剪切試驗(yàn)、反復(fù)直剪強(qiáng)度試驗(yàn)和 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法。室外則有十字板剪切試驗(yàn)等方法。直接剪切實(shí)驗(yàn)、三軸剪切試 驗(yàn)、反復(fù)直剪強(qiáng)度試驗(yàn)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法，是土工實(shí)驗(yàn)測(cè)定的方法，往往針對(duì)的是 比較堅(jiān)實(shí)的土，均需在野外取樣，其不足一是剪切試樣改變了被測(cè)試土體的環(huán)境狀態(tài)，二是 表層土壤由于其多疏松，往往沒辦法取到剪切試樣，所以無法測(cè)定成為常態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種原位、原狀、考慮順坡剪切方向，土壤剪切 面位置，用于原位測(cè)定表層土壤抗剪強(qiáng)度的方法?！N原位測(cè)定坡面表層土壤抗剪強(qiáng)度的方法，包括以下步驟:A1，在土壤原位原狀 的坡面上，把剪切環(huán)插入待測(cè)定的土壤中；A2，將其下坡方向土壤剝離；A4，對(duì)剪切環(huán)均勻 施加水流方向牽引力，檢測(cè)角位移；A3，記錄發(fā)生位移前后牽引力的變化，分析得到水平方向牽引力的最大值，通過力與土壤抗剪強(qiáng)度的單位換算關(guān)系，得到不同深度、不同坡度土壤 沿水流方向的抗剪強(qiáng)度值。所述的方法，所述剪切環(huán)插入待測(cè)定的土壤的深度由需測(cè)定的土層確定。所述的方法，所述剪切環(huán)是長(zhǎng)方形剛性結(jié)構(gòu) ，底部有刃。所述的方法，所述剪切環(huán)面積約為200cm2左右。所述的方法，剝離深度與待測(cè)土壤剪切面一致，長(zhǎng)度是剪切環(huán)長(zhǎng)度的2倍，寬度是 剪切環(huán)寬度的1.5倍。該方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，有以下有益效果1、測(cè)定的是坡面原狀土 ；2、不存在由于土壤疏松無法取樣的問題；3、可測(cè)定表層或不同深度的土壤抗剪切強(qiáng)度(由剪切環(huán)插入土中的深度控制)；4、有方向性(沿侵蝕水流施力方向)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。在土壤原位原狀的坡面上，把剪切環(huán)插入待測(cè)定的土壤中，深度根據(jù)需測(cè)定的土 層而定；上述剪切環(huán)是長(zhǎng)方形剛性結(jié)構(gòu)，底部有刃，便于插入待測(cè)土壤中；上述剪切環(huán)面積約為200cm2左右，可有效降低由于面積過小導(dǎo)致的不均勻性誤 差；然后將剪切環(huán)下坡方向土壤剝離，剝離深度與待測(cè)土壤剪切面一致，長(zhǎng)度是剪切 環(huán)長(zhǎng)度的2倍，約30cm，寬度是剪切環(huán)寬度的1. 5倍，約30cm。對(duì)剪切環(huán)均勻施加水流方向牽引力，通過通用型的增量式編碼器進(jìn)行角位移檢 測(cè)；用單片機(jī)自動(dòng)記錄發(fā)生位移前后牽引力的變化，自動(dòng)分析出水平方向牽引力的最大值， 通過力與土壤抗剪強(qiáng)度的單位換算關(guān)系，得到不同深度、不同坡度土壤沿水流方向的抗剪 強(qiáng)度值。采用本方法能夠現(xiàn)場(chǎng)完成原位測(cè)試數(shù)據(jù)、時(shí)實(shí)記錄數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)分析數(shù)據(jù)等測(cè)定過 程，同時(shí)與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)方法比較起來具有下列優(yōu)點(diǎn)(1)原位測(cè)定、無須取樣，在現(xiàn)場(chǎng) 地進(jìn)行測(cè)試不用取樣；(2)較好的保持了土體的天然結(jié)構(gòu)和環(huán)境狀態(tài)、對(duì)土體擾動(dòng)?。?3) 有方向性；(4)適用范圍廣，場(chǎng)地要求底；(5)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。水流是沿坡面方向作用于侵蝕土壤的，本發(fā)明提出一種原位、原狀、考慮順坡剪切 方向，土壤剪切面位置，用于水土流失領(lǐng)域的原位測(cè)定表層土壤抗剪強(qiáng)度的方法。應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換， 而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種原位測(cè)定坡面表層土壤抗剪強(qiáng)度的方法，其特征在于，包括以下步驟A1，在土壤原位原狀的坡面上，把剪切環(huán)插入待測(cè)定的土壤中；A2，將其下坡方向土壤剝離；A3，對(duì)剪切環(huán)均勻施加順坡方向牽引力，檢測(cè)角位移；A4，記錄發(fā)生位移前后牽引力的變化，分析得到順坡方向牽引力的最大值，通過力與土壤抗剪強(qiáng)度的單位換算關(guān)系，得到不同深度、不同坡度土壤沿水流方向的抗剪強(qiáng)度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述剪切環(huán)插入待測(cè)定的土壤的深度由 需測(cè)定的土層確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述剪切環(huán)是長(zhǎng)方形剛性結(jié)構(gòu)，底部有刃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述剪切環(huán)面積約為200cm2左右。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟A2中的剝離深度與待測(cè)土壤剪 切面一致，長(zhǎng)度是剪切環(huán)長(zhǎng)度的2倍，寬度是剪切環(huán)寬度的1. 5倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種原位測(cè)定坡面表層土壤抗剪強(qiáng)度的方法，包括以下步驟A1，在土壤原位原狀的坡面上，把剪切環(huán)插入待測(cè)定的土壤中；A2，將其下坡方向土壤剝離；A3，對(duì)剪切環(huán)均勻施加順坡方向牽引力，檢測(cè)角位移；A4，記錄發(fā)生位移前后牽引力的變化，分析得到順坡方向牽引力的最大值，通過力與土壤抗剪強(qiáng)度的單位換算關(guān)系，得到不同坡度、不同深度、土壤順坡方向的抗剪強(qiáng)度值，提出一種原位、原狀、考慮順坡剪切方向、土壤剪切面位置(不同深度)的原位測(cè)定表層土壤抗剪強(qiáng)度的方法，用于水土保持領(lǐng)域土壤抗蝕性參數(shù)確定。
文檔編號(hào)E02D1/00GK101876169SQ201010183810
公開日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者賈銳魚, 趙曉光 申請(qǐng)人:西安科技大學(xué)