[发明专利]一种原位测定坡面表层土壤抗剪强度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及水土保持领域，尤其涉及一种原位测定表层土壤抗剪强度的方法。

背景技术

我国是世界上水土流失最严重的国家之一，土壤侵蚀面积占国土总面积的1/3，并且表现为强度高，成因复杂，危害严重，尤以西北的黄土、南方的红壤、东北的黑土水土流失最为强烈。全国1.07×108km²耕地中有坡耕地3.330×107km²，占总耕地面积的1/3。坡耕地是水土流失的策源地，不仅大量泥沙倾泄而下危害下游防洪安全，更严重的是水、土、肥大量流失，导致肥力下降农业生产低而不稳。

众多研究表明水土流失的强度与土壤抗冲性密切相关。国外用土壤可蚀性，进一步分为可分离性和可搬运性。我国一般称为土壤抗侵蚀性，多用抗冲抗蚀性一词。我国从50年代开始研究土壤可蚀性，但多采用土壤抗侵蚀性。朱显谟将土壤抗侵蚀性分为抗冲性和抗蚀性，蒋德麒和朱显谟进一步明确了抗冲性和抗蚀性的定义。二者统称为土壤抗冲抗蚀性。抗冲性主要指土壤抵抗风、水等对土壤的机械破坏作用，而抗蚀性主要指土壤抵抗水对土粒的分散和悬浮作用。从土壤侵蚀机理考虑土壤抗冲性和抗蚀性的划分具有重要意义，但从实验角度看，目前尚无法将抗冲性与抗蚀性分开。土壤可蚀性和抗侵蚀性从本质上讲只是一个问题的两个侧面：前者是指土壤对侵蚀作用的敏感性，后者是指土壤对侵蚀作用的抵抗能力，因此二者都反映了土壤特性与土壤侵蚀的关系。

土壤侵蚀是导致土地资源退化乃至彻底破坏的主要原因。定量计算土壤流失量是合理利用和管理土地资源的科学依据之一。土壤抗冲性是定量计算水土流失的重要指标，实际上是土壤抗水流冲刷、剪切能力的表现。土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，其大小就等于剪切破坏时滑动面上的剪应力。可反映土体抵抗径流冲刷的能力，因此可作为土壤抗冲性指标。

土的抗剪强度指标包括内摩擦角和粘聚力两项，指标需要用专门的仪器通过试验来确定。室内测定土的抗剪强度常用的直接剪切实验、三轴剪切试验、反复直剪强度试验和无侧限抗压强度试验方法。室外则有十字板剪切试验等方法。直接剪切实验、三轴剪切试验、反复直剪强度试验和无侧限抗压强度试验方法，是土工实验测定的方法，往往针对的是比较坚实的土，均需在野外取样，其不足一是剪切试样改变了被测试土体的环境状态，二是表层土壤由于其多疏松，往往没办法取到剪切试样，所以无法测定成为常态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种原位、原状、考虑顺坡剪切方向，土壤剪切面位置，用于原位测定表层土壤抗剪强度的方法。

一种原位测定坡面表层土壤抗剪强度的方法，包括以下步骤：A1，在土壤原位原状的坡面上，把剪切环插入待测定的土壤中；A2，将其下坡方向土壤剥离；A4，对剪切环均匀施加水流方向牵引力，检测角位移；A3，记录发生位移前后牵引力的变化，分析得到水平方向牵引力的最大值，通过力与土壤抗剪强度的单位换算关系，得到不同深度、不同坡度土壤沿水流方向的抗剪强度值。

所述的方法，所述剪切环插入待测定的土壤的深度由需测定的土层确定。

所述的方法，所述剪切环是长方形刚性结构，底部有刃。

所述的方法，所述剪切环面积约为200cm2左右。

所述的方法，剥离深度与待测土壤剪切面一致，长度是剪切环长度的2倍，宽度是剪切环宽度的1.5倍。

该方法与现有技术相比，有以下有益效果：

1、测定的是坡面原状土；

2、不存在由于土壤疏松无法取样的问题；

3、可测定表层或不同深度的土壤抗剪切强度(由剪切环插入土中的深度控制)；

4、有方向性(沿侵蚀水流施力方向)。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

在土壤原位原状的坡面上，把剪切环插入待测定的土壤中，深度根据需测定的土层而定；

上述剪切环是长方形刚性结构，底部有刃，便于插入待测土壤中；

上述剪切环面积约为200cm²左右，可有效降低由于面积过小导致的不均匀性误差；

然后将剪切环下坡方向土壤剥离，剥离深度与待测土壤剪切面一致，长度是剪切环长度的2倍，约30cm，宽度是剪切环宽度的1.5倍，约30cm。

对剪切环均匀施加水流方向牵引力，通过通用型的增量式编码器进行角位移检测；用单片机自动记录发生位移前后牵引力的变化，自动分析出水平方向牵引力的最大值，通过力与土壤抗剪强度的单位换算关系，得到不同深度、不同坡度土壤沿水流方向的抗剪强度值。