【微喷灌作用下的土体裂缝时空变化特征分析综述2900字】

-PAGE53-微喷灌作用下的土体裂缝时空变化特征分析综述目录TOC\o"1-3"\h\u17158微喷灌作用下的土体裂缝时空变化特征分析综述 189931.1不同微喷灌强度下土体裂缝宽度随时间变化特征 1118521.1.1微喷灌强度6L/h下的土体裂缝宽度变化规律 1326471.1.2微喷灌强度12L/h下的土体裂缝宽度变化规律 251341.1.2微喷灌强度12L/h下的土体裂缝宽度变化规律 3236811.2不同微喷灌强度下土体裂缝深度随时间变化特征 4217591.2.1微喷灌强度6L/h下的土体裂缝深度变化规律 426071.2.2微喷灌强度12L/h下的土体裂缝深度变化规律 546251.2.3微喷灌强度24L/h下的土体裂缝深度变化规律 61.1不同微喷灌强度下土体裂缝宽度随时间变化特征随着全球气候的变化，区域性干旱经常发生，给农业生产带来了严重的危害。随着干旱的发生，土壤水分不断减少，土壤颗粒会被分离组合，土壤的薄弱部分会出现裂缝。裂缝的形成与土壤本身的性质以及气候等外部条件密切相关。裂缝会导致一些不利的后果，如裂缝会增加土壤的表面积，促进土壤水分通过裂缝内表面迅速蒸发，加剧干旱的危害。裂缝的形成和闭合伴随着土壤的收缩和膨胀，是土壤含水量、土壤粘土矿物、土壤有机质等土壤物理、化学和生物特性综合作用的结果。在外界环境条件下(如干湿交替、作物生长等)，是一个复杂的动态过程。由于降雨或灌溉的原因，土壤经常处于干湿交替的状态，而干湿交替的频率和强度会影响土壤的收缩和开裂。本章探讨了在使用微喷灌装置的情下，随着微喷灌次数的增加对裂缝宽度和深度变化的影响。1.1.1微喷灌强度6L/h下的土体裂缝宽度变化规律裂缝长度是指裂缝中心线长度，裂缝宽度是指裂缝地表宽度，反映了裂缝的张开程度，裂缝宽度越大，对土体连续性的破坏程度和扰动范围越大，两者均能反映土体裂缝的发育程度。如表1.1所示，在从种植沙打旺开始到沙打旺生长期进行的16次微喷灌强度为6L/h下，所得到的土体裂缝宽度变化特征值描述。设置初始裂缝宽度分别为8cm、10cm、12cm，可以从表中得到，裂缝变化范围分别为8.0~10.6cm、10.0~11.5cm、12.0~15.4cm，其中初始宽度为12cm的裂缝值变化范围最大，为1.4cm，可能原因在于长期微喷灌下，使得局部产生径流造成裂缝边缘土体流失，从而裂缝边缘不再如初始时平整光滑。三个裂缝的变异系数分别为0.14、0.08、0.09均属于弱变异。结合图1.1，为裂缝宽度变化走势图，三种裂缝的宽度均随着微喷灌次数的增加而平稳缓慢增加，其中在沙打旺的幼苗期裂缝增长缓慢，这是由于地上植被左右对表面水分有截流作用，减少径流的产生，减缓水土流失。表1.1微喷灌强度6L/h下的土体裂缝宽度变化描述Table1.1descriptionofsoilcrackwidthvariationundermicrosprinklerirrigationintensityof6L/h裂缝初始宽度（cm）均值（cm）最大值（cm）最小值（cm）标准差变异系数8.09.310.68.01.380.1410.010.711.510.00.930.0812.011.915.412.01.380.09图1.1微喷灌6L/h强度下裂缝宽度变化1.1.2微喷灌强度12L/h下的土体裂缝宽度变化规律结合表1.2和图1.2进行分析，在微喷灌强度为12L/h的作用下，裂缝变化范围分别为8.0~12.1cm、10.0~14.4cm、12.0~15.5cm，其中初始宽度为10cm的裂缝值变化范围最大，为4.4cm，原因在于长期微喷灌下，表面局部产生径流造成裂缝边缘坍塌缺失。三个裂缝的变异系数分别为0.16、0.13、0.10，其中初始宽度为8cm的裂缝为中等变异，其他两个裂缝为弱变异。同样的三种裂缝的宽度均随着微喷灌次数的增加而平稳缓慢增加。这其中，由于土体表面干湿交替作用明显，土体表面形成了张裂缝，导致边缘接触的地方出现了明显缺失，但再下一次微喷灌之后，泥土冲刷又暂时掩盖住了裂缝的缺失。表1.2微喷灌强度12L/h下的土体裂缝宽度变化描述Table1.2descriptionofsoilcrackwidthvariationundermicrosprinklerirrigationintensityof12L/h裂缝初始宽度（cm）均值（cm）最大值（cm）最小值（cm）标准差变异系数8.010.712.18.01.790.1610.012.414.410.01.590.1312.014.315.512.01.490.10图1.2微喷灌12L/h强度下裂缝宽度变化1.1.2微喷灌强度12L/h下的土体裂缝宽度变化规律结合表1.3和图1.4进行分析，在微喷灌强度为24L/h的作用下，裂缝变化范围分别为8.0~11.8cm、10.0~15.3cm、12.0~18.1cm，变化幅度明显高于6L/h和12L/h的裂缝宽度变化。其中初始宽度为12.0cm的裂缝值变化范围最大，为6.1cm，三个裂缝的变异系数分别为0.16、0.15、0.15，均属于中等变异程度。三种裂缝的宽度均随着微喷灌次数的增加而平稳增加。这其中，在沙打旺发芽期的裂缝宽度变化量要高于在沙打旺的成熟期，原因在于前10次微喷灌均在沙打旺的萌芽期，而第11次到16次微喷灌时沙打旺已经在幼苗生长期。沙打旺根系发达，虽然地上植株不高，可是地下根系已很深。王万忠[70]等相关学者也发现，与裸地相比，沙打旺能减少土壤侵蚀70-80%。这是因为沙打旺属于主根型植物，其根系较其他植物密集，分枝较多，地下根系对减少水土流失起着决定性的作用，因此种植沙打旺具有良好的减沙效益。表1.3微喷灌强度24L/h下的土体裂缝宽度变化描述Table1.3descriptionofsoilcrackwidthvariationundermicrosprinklerirrigationintensityof24L/h裂缝初始宽度（cm）均值（cm）最大值（cm）最小值（cm）标准差变异系数8.011.411.88.01.80.1610.011.415.310.01.90.1512.016.018.112.02.50.15图1.3微喷灌24L/h强度下裂缝宽度变化1.2不同微喷灌强度下土体裂缝深度随时间变化特征1.2.1微喷灌强度6L/h下的土体裂缝深度变化规律设置初始裂缝深度均为35cm，本研究中由于试验装置的设置，土体在一个固定土槽里，因而微喷灌作用下冲刷的土体堆积在裂缝下部，从而导致裂缝深度的变化。在微喷灌强度为6L/h的16次作用下，由表1.4可以得到，裂缝深度由原来的35cm分别减小到最小值的24.4cm、22.5cm、20.0cm，其中初始裂缝宽度为12cm的裂缝深度变化范围最明显为15.0cm。均值在25.5~27.1之间变化。变异系数分别为0.13，0.17、0.20，其中初始裂缝宽度为10.0cm、12.0cm的土体裂缝为中等强度变异，另一个土体裂缝为弱变异。根据图1.4可以看出，三个裂缝的深度均在微喷灌9次之前有较明显的较明显的趋势，之后的微喷灌正值沙打旺幼苗期，虽然地上生物量不明显，但是地下根系已经比较发达，这时候根系作用下相对于裸地的持水固土能力在增强，从而裂缝深度变化不明显，最后几乎趋于稳定。表1.4微喷灌强度6L/h下的土体裂缝深度变化描述Table1.4variationdescriptionofsoilcrackdepthundermicrosprinklerirrigationintensityof6L/h裂缝初始深度（cm）均值（cm）最大值（cm）最小值（cm）标准差变异系数35.027.135.024.41.390.1335.026.735.022.54.620.1735.025.335.020.05.180.20图1.4微喷灌6L/h强度下裂缝深度变化1.2.2微喷灌强度12L/h下的土体裂缝深度变化规律由表1.5和图1.5分析可得，三个裂缝深度在微喷灌强度为12L/h的作用下最小值分别是19.0cm、20.0cm、18.2cm。其中初始宽度为12cm的裂缝变化范围最大为16.6cm。变异系数分别为0.23、0.21、0.20，均属于中等变异性。裂缝深度的变化趋势较微喷灌为6L/h的变化更加明显，在进行微喷灌第10次之前明显减小，然后逐步趋于平稳。表1.5微喷灌强度12L/h下的土体裂缝深度变化描述Table1.5variationdescriptionofsoilcrackdepthundermicrosprinklerirrigationintensityof12L/h裂缝初始深度（cm）均值（cm）最大值（cm）最小值（cm）标准差变异系数35.024.635.019.05.590.2335.025.135.020.05.330.2135.021.135.018.44.620.20图1.5微喷灌12L/h强度下裂缝深度变化1.2.3微喷灌强度24L/h下的土体裂缝深度变化规律在结合前两个微喷灌强度下进行分析，通过图1.6分析，在24L/h的微喷灌下裂缝深度的变化最为明显，但最终也在11次微喷灌后趋于平稳。根据表1.6可得，裂缝深度最小值分别为15.0cm、11.4cm、12.3cm。变异程度在0.34~0.43之间，具有中等程度变异。这说明在24L/h的微喷灌作用下，水分大量在裂缝处积聚，在土体水分饱和的状态下，发生更为明显的渗漏作用，同时降低了裂缝处土体稳定性，从而导致裂缝边缘的局部坍塌，使得裂缝深度明显减小。之后在沙打旺幼苗期，土体表面的植被增加，降低了微喷灌对裸地的直接冲刷，地减少了地表径流，同时裂缝边缘生长出来的沙打旺也有效减缓了水土流失的现象，从而裂缝深度变化趋于稳定。表1.6微喷灌强度24L/h下的土体裂缝深度变化描述Table1.6