中国沙漠 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (5): 1-8.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00012
• •
收稿日期:
2022-12-04
修回日期:
2023-02-09
出版日期:
2023-09-20
发布日期:
2023-09-27
作者简介:
何晨晨(1994—),男,陕西咸阳人,博士研究生,主要从事风沙地貌与风沙工程研究。E-mail: hechenchen22@mails.ucas.ac.cn
基金资助:
Chenchen He1,2(), Yingying Wu1,2, Zhenting Wang1
Received:
2022-12-04
Revised:
2023-02-09
Online:
2023-09-20
Published:
2023-09-27
摘要:
风蚀导致的土地退化是全球性问题,跃移颗粒对地表冲击是关键的土壤风蚀过程。目前,土壤团聚体在跃移运动中的破碎过程和机制尚未完全被揭示。通过室内模拟实验,探讨干燥致密的土壤团聚体在与地面碰撞时的临界破碎速度与粒径分布规律。结果表明:(1)低速冲击下,土壤团聚体与地面碰撞过程中主要以损伤状态为主,碰撞产生的裂纹沿经线平面形成贯穿裂纹;较高速度下,碰撞接触区出现锥形体导致团聚体破碎。(2)粒径、密度、抗压强度和杨氏模量共同决定临界碰撞速度。由量纲理论和实验数据给出了具体的函数关系与经验常数。(3)碰撞过程中,壤土粉尘释放量随速度变化显著,黏土、砂土、砂质黏土、壤质黏土的粉尘释放量大部分小于团聚体质量的1%。(4)碰撞后的碎片分布规律可由双参数Weibull累积分布函数描述。由于存在内部缺陷,土壤团聚体碎片分散性不同于玻璃、陶瓷等常规脆性材料。
中图分类号:
何晨晨, 吴盈盈, 王振亭. 土壤团聚体与地面碰撞时的临界破碎速度与粒径分布[J]. 中国沙漠, 2023, 43(5): 1-8.
Chenchen He, Yingying Wu, Zhenting Wang. Threshold velocity and fragment size distribution for the rupture of soil aggregates colliding with land surface[J]. Journal of Desert Research, 2023, 43(5): 1-8.
图4 无量纲参数Π1与Π2线性拟合(A)及拟合值与实验值对比(B)
Fig.4 Linear fit of dimensionless parameter Π1 to Π2 (A) and comparison of fitted values and experimental values (B)
土壤 类型 | 粒径 /cm | 样本数 /个 | 释放高度 /cm | 各高度释放 次数 | 碎片数量 /个 | 土壤 类型 | 粒径 /cm | 样本数 /个 | 释放高度 /cm | 各高度释放 次数 | 碎片数量 /个 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
黏土 | 2 | 6 | 90~140 | 1 | 15 | 砂土 | 5 | 4 | 90~120 | 1 | 27 |
3 | 6 | 80~130 | 1 | 27 | 6 | 5 | 70~110 | 1 | 24 | ||
4 | 6 | 70~120 | 1 | 56 | 壤质黏土 | 2 | 6 | 60~110 | 1 | 31 | |
5 | 6 | 60~110 | 1 | 79 | 3 | 7 | 50~110 | 1 | 31 | ||
6 | 6 | 30~80 | 1 | 65 | 4 | 5 | 50~90 | 1 | 33 | ||
壤土 | 2 | 5 | 60~100 | 1 | 21 | 5 | 6 | 40~90 | 1 | 54 | |
3 | 6 | 40~90 | 1 | 33 | 6 | 6 | 40~90 | 1 | 46 | ||
4 | 6 | 40~90 | 1 | 40 | 砂质黏土 | 2 | 6 | 110~160 | 1 | 20 | |
5 | 6 | 30~80 | 1 | 37 | 3 | 7 | 90~150 | 1 | 38 | ||
6 | 6 | 30~80 | 1 | 52 | 4 | 4 | 90~120 | 1 | 29 | ||
砂土 | 2 | 6 | 140~220 | 1 | 27 | 5 | 7 | 70~130 | 1 | 53 | |
3 | 6 | 100~200 | 1 | 47 | 6 | 8 | 50~120 | 1 | 54 | ||
4 | 6 | 100~200 | 1 | 49 |
表1 不同土壤类型团聚体碎片统计
Table 1 Aggregate debris statistics of different soil types
土壤 类型 | 粒径 /cm | 样本数 /个 | 释放高度 /cm | 各高度释放 次数 | 碎片数量 /个 | 土壤 类型 | 粒径 /cm | 样本数 /个 | 释放高度 /cm | 各高度释放 次数 | 碎片数量 /个 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
黏土 | 2 | 6 | 90~140 | 1 | 15 | 砂土 | 5 | 4 | 90~120 | 1 | 27 |
3 | 6 | 80~130 | 1 | 27 | 6 | 5 | 70~110 | 1 | 24 | ||
4 | 6 | 70~120 | 1 | 56 | 壤质黏土 | 2 | 6 | 60~110 | 1 | 31 | |
5 | 6 | 60~110 | 1 | 79 | 3 | 7 | 50~110 | 1 | 31 | ||
6 | 6 | 30~80 | 1 | 65 | 4 | 5 | 50~90 | 1 | 33 | ||
壤土 | 2 | 5 | 60~100 | 1 | 21 | 5 | 6 | 40~90 | 1 | 54 | |
3 | 6 | 40~90 | 1 | 33 | 6 | 6 | 40~90 | 1 | 46 | ||
4 | 6 | 40~90 | 1 | 40 | 砂质黏土 | 2 | 6 | 110~160 | 1 | 20 | |
5 | 6 | 30~80 | 1 | 37 | 3 | 7 | 90~150 | 1 | 38 | ||
6 | 6 | 30~80 | 1 | 52 | 4 | 4 | 90~120 | 1 | 29 | ||
砂土 | 2 | 6 | 140~220 | 1 | 27 | 5 | 7 | 70~130 | 1 | 53 | |
3 | 6 | 100~200 | 1 | 47 | 6 | 8 | 50~120 | 1 | 54 | ||
4 | 6 | 100~200 | 1 | 49 |
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