土壤結持度對土壤失效模式影響的研究.pdf

1、土壤失效形式在評估土壤的機械特性和耕作效果方面扮演著重要角色，過去的幾十年里，在評價土壤和工具機械參數對土壤失效形式等的影響方面進行了大量的研究，盡管如此，對于土壤失效形式和土壤-工具參數方面的關系缺少圓滿的解釋。這主要是由于土壤成因的復雜性、紋理、獨特的氣候條件以及基于不同土壤的耕作制度等原因造成的。本研究基于可靠的實驗數據作為依據，反映基于土壤含水量的合理取值，發(fā)現(xiàn)含水率對不同土壤及土壤失效形式的的影響并無直接關系，相反土壤的結持限

2、可以作為定量土壤失效形式的可靠參數。
　　本研究既包括實驗室試驗也有田間試驗，實驗室試驗在室內土槽中進行，土槽裝置安裝在南京農業(yè)大學工學院的農業(yè)機械實驗室，田間試驗在江蘇省南京農業(yè)大學所屬的江浦農場進行。在實驗室實驗中，測量了旱地土和水稻土在粘限、塑限和液限及粘著點時的土壤失效形式和相應的切削力。在田間實驗中，對在塑限和液限及粘著點處的土壤失效形式與土槽實驗情況進行了對比。土壤失效形式的仿真模型用有限元方法進行了標定和驗證，并與室

3、內土槽及實地實驗的結果進行了比較。在土槽實驗和田間實驗中，對遵循著不同失效形式的土壤結構進行了量化，以便研究最佳的土壤失效形式。本論文進一步研究了在臨近最佳土壤失效形式時耕作的最佳含水量。
　　不同試驗的結果歸結如下:
　　1.在土壤失效形式或者拉力與結持界限之間存在直接聯(lián)系。土壤在粘限發(fā)生脆性失效，切削引起的土壤失效發(fā)生在15°楔角及30mm切削深度，塑限時發(fā)生的小單元應變彎曲失效在30°和45°楔角及50mm和70mm切

4、削深度，而流動失效與土壤液限相關。在粘著點時，流動失效發(fā)生在30mm切削深度和15°楔角，同時大面積彎曲的流動和流變應變發(fā)生在50mm和70mm切削深度及30°和45°楔角條件。70mm切削深度和45°楔角條件的土壤彎曲變形明顯。粘限、塑限和粘著點處的拉力在自然情況下表現(xiàn)出周期性，而液限處的土壤失效表現(xiàn)則相對多樣化及并隨切削位移表現(xiàn)為衰減的趨勢。最大的拉力發(fā)生在塑限處，最小值則發(fā)生在液限處。同樣質地的土壤失效形式會隨著含水量、土壤類型和

5、土壤顆粒尺寸分布的變化而變化，故結持限比單獨的含水量水平更能夠為土壤失效形式提供更清楚和準確的定義。
　　2.在土槽試驗和田間試驗中土壤失效形式與土壤結持限之間存在直接聯(lián)系。由于田地里作物殘茬根系的存在，田間試驗與土槽試驗的結果并不十分吻合。有限元方法是模擬土壤失效形式的工具，然而模擬的結果與土槽試驗結果的吻合度比田間試驗好。土壤的物理和機械性質在切削失效、彎曲失效、流動失效和相當彎曲的流動失效后發(fā)生顯著變化，但是失效形式的區(qū)別不

6、顯著，不同失效形式后的土壤結構對于好的耕層構造無益處。
　　3旱地土壤土和水稻土相比，發(fā)生脆性失效后土壤的干容重、內聚力、內摩擦角和圓錐指數大幅降低;而經過剪切失效和彎曲失效后的這些參數僅輕微降低或保持不變。對于2種土壤而言，土壤的最大分形維出現(xiàn)在脆性失效之后，最小分型維發(fā)生在彎曲失效之后。同樣地，最大比表面積出現(xiàn)在脆性失效之后，最小出現(xiàn)在彎曲失效后。這些結果表明對于旱地土壤和水稻土這兩種土壤類型，脆性失效后的土壤結構優(yōu)于切削形成