崩岗不同土层渗透差异研究.docx

崩岗不同土层渗透差异研究《水土保持研究杂志》2014年第三期1材料与方法1．1研究区概况研究区位于福建省安溪县该县崩岗数量12828个占全省崩岗总数的49．28％是南方崩岗侵蚀最为严重的区域之一具有较好的代表性。研究区属于亚热带季风气候区年均温16～22℃年均降雨量1600～2000mm降雨的季节分配不均匀每年的3—6月份为梅雨季节7—9月份受台风影响大暴雨增多。本研究选取安溪县龙门镇洋坑村活动型崩岗为研究对象［10］该崩岗从上到下红土层、砂土层和碎屑层发育完整以长石类矿物为主其次是石英和云母土体属于花岗岩类整个崩壁高度为32．5m。1．2野外选点及土壤样品的采集在典型崩岗上选取近11m的崩壁进行采样共采集22层土样进行相关实验。由于红土层渗透过程较为复杂［8－10］所以对红土层加密取样砂土层和碎屑层采取等间距取样具体采样方法见表1。土样采集和分析都在2013年8月进行。1．3土体渗透特性的测定采用“环刀法”测定土样渗透特性［13］将环刀采回的土样进行从上到下预饱和处理。为提高实验精确度在环刀下面放置电子天平下渗水量直接用电子天平称重通过重量与体积换算得到下渗水的体积。从滴下第一滴水开始计时前两分钟每隔30s记一次重量然后每隔1min记录一次到30min后每隔2min记录一次60min后每隔5min记录一次至渗透达到稳定入渗为止。1．4土壤理化性质的测定和相关指标的确定方法（1）土壤理化性质的测定方法。土壤容重和孔隙度采用环刀法［14］；有机质采用重铬酸钾消煮法［14］＞0．25mm水稳性团聚体采用干筛法和湿筛法［15］。土壤质地分析方法：＞0．25mm粒径的土粒采用筛分法［14］＜0．25mm粒径的土粒采用粒度仪分析设备为丹东百特仪器有限公司生产的BT－9300ST激光粒度分布仪。2结果与分析2．1崩岗土体渗透特性2．1．1崩岗土体不同土层渗透稳定过程渗透是水分在重力作用下的垂直运移土壤渗透特性是影响其水分运动和抗蚀性能的重要指标。图1—3分别是红土层、砂土层和碎屑层土体的渗透速率和时间的关系趋势图从图中可以看出除表层0．1m土层外崩岗土体整体渗透性能较差。从图中可以看出红土层（0～1．8m）渗透速率波动相对较大在10～15min渗透速率相对稳定其次为碎屑层（6．8～10．8m）在5～10min渗透速率相对稳定砂土层的渗透过程最为平缓且红土层的稳定渗透速率要大于砂土层和碎屑层。袁东海等［17］对鄂东南红壤水分扩散和入渗的研究也表明表土层的水分入渗要大于心土层和底土层这说明红土层的蓄水空间要大于砂土层和碎屑层也更容易吸水达到重量极限而产生崩塌。2．1．2崩岗垂直剖面饱和导水率KS变化规律饱和导水率KS是土壤孔隙全部充满水在单位梯度作用下垂直于水流方向的单位面积土壤的水流通量［18］饱和导水率KS在数值上等同于土壤在饱和状态下的稳定渗透系数。崩壁是崩岗的重要组成部分其饱和导水率KS变化直接影响崩壁的崩塌。图4是崩壁垂直剖面饱和导水率KS随土层深度的变化特征可以看出表层0．1m土层KS较大为1．2mm／minKS在0．2m处陡然降低到0．43mm／min降低了64．17％在0．3～1．2m土层KS的值非常低基本在0．10mm／min上下到砂土层KS稍微增大但明显小于红土0．1m处的饱和导水率到碎屑层基本维持在0．5mm／min以下。从整个剖面来看个别点稍微异常如7．8m处KS达到0．76mm／min可能是因为大颗粒含量较大石砾和砂砾含量达到了87．13％也可能是个别土层微节理的存在导致其饱和导水率偏大。从崩壁土体饱和导水率KS的变化情况可以得出表土层0．1m处入渗性能较好但在0．1m表层以下尤其是在20—40cm土层土体渗透性能较差饱和导水率KS维持在较低水平所以这一层为弱透水层。弱透水层是指透水性相当差的岩层没有具体的量化指标是一个相对的概念［19］。水分进入弱透水层很难向下入渗。弱透水层的存在可能是因为土体容重较大水分难以下渗加之弱透水层上部的土体在雨滴打击下致使土体分散细颗粒随水流向下入渗堵塞水分进入土壤的通道。弱透水层向下土体入渗能力增强然后降低最后逐渐趋于平缓。2．1．3崩岗垂直剖面饱和导水率KS对崩壁崩塌的影响在一定的降雨入渗条件下表层水分渗透性能优于弱透水层导致表层土体不断遭到冲刷剥蚀随着入渗时间的延长水分由不透水层向下入渗进入砂土层由于砂土层的饱和导水率KS大于弱透水层和碎屑层所以水分由砂土层向碎屑层纵向运移受阻开始侧向运移产生侧向的应力这样在弱透水层和碎屑层之间形成了潜在的崩塌体。一旦侧向应力大于土体的抗剪强度潜在崩塌体就会沿着断裂面产生崩塌。此时崩塌体上部的弱透水层形成临空面在持续小