岩石碎屑对紫色土水力学特性的影响

岩石碎屑对紫色土水力学特性的影响紫色土是亚热带地区由富含碳酸钙的紫红色砂岩和页岩发育而来的初育土,广泛分布于四川盆地,由于其发育时间短暂,土壤中着分布大量的岩石碎屑,岩石碎屑作为直接从母岩上剥离的部分,完美继承了母岩的特性。岩石碎屑的存在,对土壤的结构、质地、水分特征等有着非常重要的影响。现有的研究中关于岩石碎屑对土壤水力学过程作用机制的研究较少。因此,本研究以三叠系飞仙关组紫色页岩与侏罗系遂宁组紫色泥岩及其发育而来的土壤为研究对象,室内制作0.25-2mm、2-5mm、5-10mm粒径岩屑及配置0%、30%、50%、70%、100%比例的模拟土,采用压力膜仪法、水平土柱扩散法、环刀垂直入渗法测定其水力学特性,通过对比分析模拟土的水分特征曲线、水分水平扩散性与垂直入渗性能,探讨岩石碎屑对紫色粘土岩发育土壤的水力学特征的作用机制。主要研究结果如下:(1)岩屑能够降低土壤的持水能力对于紫色泥岩和紫色页岩模拟土,其饱和含水量、田间持水量及吸湿系数均随着岩屑含量的增加而降低。从土壤水分特征曲线可以得出,对于同一粒径岩屑,随着岩屑含量的增加,整个脱水过程均存在岩屑含量越高,在相同土壤吸力下的含水量就越小且对于岩屑粒径的增大,在相同土壤吸力下的含水量也出现减小的趋势。因此,紫色粘土岩发育的土壤中,岩屑能够显著降低土壤的持水能力。(2)岩屑能提高土壤的扩散性不同岩屑含量模拟土的非饱和扩散湿润峰前进的速率随着时间的增加逐渐减缓。对于飞仙关组模拟土和遂宁组模拟土,当岩屑含量为0.25-2mm时,随着岩屑含量的增大,扩散率也呈现增大趋势;当岩石碎屑为2-5mm和5-10mm时,模拟土的含水量明显小于0.25-2mm岩石碎屑模拟土。同时随着岩屑比例的增加,对于飞仙关组5-10mm岩石碎屑模拟土出现扩散率逐渐增大的趋势,而对于2-5mm岩石碎屑模拟土而言,扩散率随着含水率增加出现70%>30%>50%>0%的关系;但是对于遂宁组模拟土而言,当岩石碎屑为2-5mm和5-10mm时,70%岩屑比例模拟土扩散率明显大于其余三个比例模拟土,而对于岩屑比例为30%和50%模拟土的扩散率变化曲线则没有明显的大于或者小于的趋势。因此,紫色粘土岩发育的土壤中,岩屑含量的增加能够显著提高土壤非饱和扩散率。(3)岩屑能提高土壤的入渗性能不同岩屑含量和粒径模拟土渗透水量速率随着时间的增加出现先上下波动随后逐渐稳定的现象。同时,随着岩石碎屑粒径的增大和比例的增多,其渗透速率呈现增大的趋势。因此,紫色粘土岩发育的土壤中,岩石碎屑的存在能显著提高土壤水分入渗性能,同时入渗速率与岩石碎屑含量和粒径呈现正相关关系。(4)母岩性质影响了紫色泥岩与紫色页岩土壤的水力学特性紫色粘土岩均容易风化成土,但由于母岩沉积类型的不同,其风化速率与成土速率上遂宁组紫色泥岩均要显著高于飞仙关组紫色页岩。总体而言,遂宁组紫色泥岩相较于飞仙关紫色页岩,其孔隙面积占比较大,在基础理化特性上,紫色页岩的粘粒较紫色泥岩要高,紫色页岩岩石碎屑较紫色泥岩岩屑质地更加坚硬。正是由于上述诸多基础特性的差异,就决定紫色页岩土壤与紫色泥岩土壤之间的水力学行为特性有着明显的不同,主要表现为:在相同的岩屑粒径和含量下,紫色页岩土壤较紫色泥岩土壤,其持水能力更强,扩散性与渗透性较差。紫色粘土岩发育土壤中的岩石碎屑能够降低土壤的持水能力,提高土壤的扩散性与渗透性能,且与岩石碎屑的含量和粒径变化关系显著。同时,母岩特性决定了紫色页岩土壤持