[实用新型]土壤表面剪切强度的测定装置

说明书

本实用新型涉及一种土壤表面剪切强度的测定装置。

土壤侵蚀和土壤结壳是对农业和环境危害最大的因素之一。在降雨的过程中，雨滴打击地面和地表，带有泥沙的水流运动可产生较大的剪切力，造成土壤侵蚀过程中的局部土壤破坏。与此同时，地表形成1-10mm的高容重和低孔隙度、低导水率的土层，使该土层的强度提高。土壤学界有人提出用土壤表面剪切强度来表示土壤抵抗侵蚀的阻力，因此在土壤学的研究工作中，土壤表面剪切强度的测定是重要项目之一。现有技术中测定土壤表面剪切强度的方法有以下几种传统的设备或方法：一是锥型穿入仪；二是螺旋剪切仪；三是扭转剪切盒；还有直接剪切法。但这些装置与方法测量结果所达到的精度，都不能解释侵蚀过程表层土壤强度所需的参数。较新的研究成果是Collis-George et al在1993年报告的“树脂平板法”：将树脂注入土壤表面，使其固化，然后拉动已固化的土壤块，测量拉动所需的力，即可确定土壤表面剪切强度。该方法简便快捷，重复性好，而且实验费用便宜。但是这种方法的不足之处在于不易定义剪切断裂面，因此计算剪切面积困难。同时，浇注树脂时，在树脂板周围容易形成张力裂隙和波状断裂面。继续寻找一种理想的土壤剪切强度测量方法及装置，是土壤侵蚀与土壤结壳研究的需要。

本实用新型的目的是提供一种测量土壤表面强度参数的新装置，新装置可以模拟2mm厚表土团聚体或土壤颗粒之间的互联作用，从而测量从沙土到黏土，不同质地的土壤强度。其测量结果应具有很好的重复性，并且其结果应符合土壤容重和含水量对土壤强度参数影响的理论分析。

为了完成上述发明任务，本申请提供一种新的土壤表面剪切强度的测定装置，该装置的主要结构是：一个水平放置在被测土壤表面的重物，在该重物的下表面设置有作为剪切介质的砂纸，在重物的一侧固定有拉动该重物的拉线，拉线经滑轮后，在另一端系有水瓶，拉线上设有标尺，水瓶的重量与重物的重量相等。这里重物的底面积可以设计为直径6.8cm的圆形；砂纸的规格为30 particles cm^-2。正应力定义为：重物的重量除以其底面积，设计为2,5,8,10及20 hpa五个水平。在水瓶中注水时，水瓶增加的重量通过拉线给重物以水平应力，使其发生位移，当其位移大于10mm时，停止注水。这时水瓶中水的重量除以重物的底面积，即为正应力下测得的水平应力。为了方便地变换重物的重量，本设计的优化方案是：重物由内装载重的平底小盒担任；为了向水瓶中注水的方便，另一优化方案是：设有向瓶内注水的水箱、管道及阀门。

本实用新型提供的测量土壤表面强度参数的新装置，克服了现有技术不易定义剪切断裂面等不足，可以很好地模拟2mm厚表土团聚体或土壤颗粒之间的互联作用，用该装置和穿入仪测量从沙土到黏土，不同质地的土壤强度，其测量结果的重复性很好，并且土壤容重和含水量对土壤强度参数影响，可以用Mohr-Coulomb’s破碎方程和有效压力原理解释。在土壤容重差异仅为0.01-0.09g cm^-3的情况下，测量结果仍可显示其对土壤强度参数的影响。

现结合附图与实施例作进一步说明。

图1为实施例1装置结构示意图。

实施例1，土壤表面剪切强度的测定装置，参照图1：一个直径为6.8cm的平底塑料小盒1，内装载重，水平放置在被测土壤2的表面，在该小盒的下表面设置有作为剪切介质的砂纸，砂纸的规格为30 particles cm^-2。在小盒的一侧经过弹簧3固定有拉动该重物的拉线6，拉线经滑轮5后，在另一端系有水瓶9，拉线上设有标尺及配重4，水瓶的重量与重物的重量相等。在水瓶的上方设有向瓶内注水的水箱7、管道及阀门8。正应力定义为：小盒载重的重量除以其底面积，设计为2,5,8,10及20 hpa五个水平。在水瓶中注水时，水瓶增加的重量通过拉线给小盒以水平应力，使小盒发生位移，当其位移大于10mm时，停止注水。这时水瓶中水的重量除以小盒的底面积，即为正应力下测得的水平应力。