基于流变学法研究容重和含水率对土壤结构力学稳定性的影响

来源：农业工程学报杂志2021年第19期北京时间：

作者：王金晓,胡斐南,许晨阳,赵世伟,刘婧芳,涂坤,宋松松,

摘要：土壤结构力学稳定性不仅与土壤质量和肥力密切相关，而且还与农业器具设计和农业水土工程建设紧密联系。该研究以黄土高原广泛分布的塿土和黄绵土为研究对象，采用振幅扫描试验模拟振荡荷载过程，研究土壤容重和含水率对土壤结构力学稳定性的影响。结果表明：1）随土壤容重的增加，土粒间接触点增多，使得剪切强度参数：线性黏弹区的剪切应力和储能模量均增加，土壤结构强度增强；黄绵土屈服点的剪切应变和塿土的积分z随容重增加先增大后降低，表明土壤颗粒存在一个最稳定的排列组合方式。同时，剪切强度参数对土壤容重的响应更为敏感。2）随含水率的增加，土壤颗粒间黏聚力和摩擦力降低，剪切强度参数：线性黏弹区的剪切应力、屈服点的剪切应力、最大剪切应力均降低，土壤结构强度降低；当剪切应变在线性黏弹区时，塿土的弹性随含水率的增加而增加，而较大的剪切应变下的塿土的弹性和黄绵土总的弹性随含水率增加均降低。3）对比2种土壤，因塿土的黏粒、有机质、阳离子交换量、比表面积等较高，增加了土粒间的胶结强度，使得塿土的弹性和剪切强度较高，而黄绵土结构更具脆性。该研究结果表明基于流变仪中的振幅扫描测试所获取的流变学参数能够定量表征土壤细观结构力学稳定性，为进一步深入认识土壤微观力学特性提供了丰富的评价参数。

关键词：土壤, 团聚体, 含水率, 流变学, 力学稳定性, 黏弹性, 抗剪强度