基于探地雷達的復墾土壤壓實與工程質量評價.pdf

1、煤炭是我國乃至世界最主要的能源，由煤礦開采產生的地表裂縫、塌陷等問題，導致耕地面積減少，生態(tài)環(huán)境惡化。土地和煤炭均是人類生存不可或缺的兩大重要資源，如何解決農業(yè)生產與煤礦開采之間的矛盾是亟待解決的一項重要課題。土地復墾是當前增加耕地面積、緩解人地矛盾的主要途徑之一。對土地復墾工程進行科學有效的質量評價和監(jiān)控，對于創(chuàng)新復墾技術、改良復墾土地利用模式、提高復墾土地生產力都具有重要的意義。在對復墾土壤進行農業(yè)利用的過程中，土壤壓實已經成為影響

2、復墾土壤質量的最主要因素；覆土厚度是復墾土壤質量檢驗中農、牧、林業(yè)主要測試項目之一，灌溉渠道的防滲性能、田間道路的穩(wěn)定性及承載力也是復墾工程質量檢測的重要內容。本研究主要內容包括：
　?、盘矫髁瞬煌瑥蛪üに囅峦寥谰o實度的變化規(guī)律及其影響因素?；诮y(tǒng)計學理論，采用2×5×4混合試驗設計并建立模擬復墾實驗區(qū)，模擬2種復墾機械對土壤進行不同次數（1、3、5、7、9次）的壓實。通過測定各組合中不同層次厚度的土壤緊實度值并進行變量的方差分析

3、和多重比較，研究了土壤緊實度的變化規(guī)律及其影響因素。實驗證實，土地復墾過程中，壓實機械、壓實次數和土層厚度都是影響土壤緊實度的顯著性因素，各因素的貢獻率均在97％以上。不同的壓實機械，質量不同，接地面積不同，會產生不同的壓實效果，自卸汽車壓實5次之后即可使上層土壤緊實度達到最大值，而履帶式推土機需要壓實7次。深度越大，土壤緊實度越??；隨著壓實次數的增加，各土層厚度之間土壤緊實度差異減小，中間10~30cm的土壤緊實度相對較高。過多的壓實

4、還會使土壤先板結后破碎，影響嚴重。上述研究成果為改良復墾工藝提供了依據。為減輕土壤壓實狀況，一方面，選擇質量較小、承重輪面積較大的機械有助于減輕對土壤的壓實；其二，即使單次壓強較小，多次碾壓對土壤造成的壓實仍不容忽視，應盡量避免對相同位置土壤的反復碾壓，碾壓次數應控制在5～7次之內。
　?、茦嫿藟簩嵵笜伺c土壤介電常數關系模型。以土壤容重作為壓實指標，通過相關性分析，證實土壤介電常數與土壤壓實指標具有較好的相關性，相關系數絕對值均

5、大于0.89，可以表征土壤壓實狀況。以現(xiàn)有的復合介電常數模型為基礎獲取土壤介電常數計算值，基于探地雷達獲取土壤介電常數實測值，對比發(fā)現(xiàn)二者雖然存在不同程度的誤差（21.85%~138.80%），但相關性較好，相關系數大于0.99；通過其相關方程對復合介電常數模型進行了修正，結果表明基于修正后的模型獲取的土壤容重數據準確度較高，誤差范圍在0.79%~0.98%之間，并且野外實驗證明模型通用性較好。該部分為探地雷達在土壤壓實狀況的無損檢測提

6、供了有效途徑。
　?、墙沂玖送寥缐簩崰顩r在不同土地利用類型和復墾年限的時空變異特征。分別選取于不同時期復墾完成的3種土地利用類型復墾實驗區(qū)，使用探地雷達連續(xù)4個年度對每個復墾實驗區(qū)進行土壤質量監(jiān)測并獲取其土壤容重值，通過對土壤容重值進行統(tǒng)計分析，揭示了不同土地利用類型在不同復墾年限的土壤壓實狀況時空變異特征及其影響因素。研究發(fā)現(xiàn)，土壤容重總體上呈現(xiàn)出隨復墾年限增加而逐漸下降的趨勢，其下降速度和規(guī)律各有不同。耕地復墾8年后土壤容重達

7、到最低值（1.30g/cm3），草地（1.46g/cm3）和林地（1.39g/cm3）分別于復墾后12年和15年左右基本達到原地貌土壤狀態(tài)。同時期耕地土壤容重最小，草地次之，林地最高。受人為活動及植物根系作用的影響，3種土地利用類型在不同土壤層次的容重變化規(guī)律也存在差異。綜合來看，復墾年限和土地利用類型都是導致土壤容重產生顯著性差異的因素，其中土地利用類型在各年度均是土壤容重的主要變異來源（因素貢獻率為72.4%~97.7%），復墾年限

8、在整體變異中的比重隨時間的延長而逐漸減小。不同土地利用類型的土壤容重在時間尺度上的變化趨勢各有不同；土地利用類型對容重的影響程度也隨著復墾年限的變化而產生變化，復墾中期采取不同的利用模式對土壤壓實狀況的改良具有積極意義（因素貢獻率為82.3%~95%）。以上研究成果一方面為復墾后土壤的有效利用及制定土壤改良措施提供了依據，同時實現(xiàn)了對復墾土壤質量的長期動態(tài)監(jiān)測。
　?、日撟C了探地雷達檢測復墾工程質量的關鍵技術。選取覆土厚度、路面厚

9、度和渠道襯砌厚度作為復墾工程質量的檢測指標，通過探地雷達獲取介質的剖面圖像，實現(xiàn)了對上述指標的無損檢測，并對地面位置定位、電磁波傳播速度標定和反射層拾取等關鍵技術進行了重點分析；與傳統(tǒng)檢測數據進行對比，對探地雷達檢測的準確性及其原因進行了分析。結果顯示：本試驗項目區(qū)覆土厚度稍有不足（平均厚度48cm），但變異程度較?。ㄗ儺愊禂禐?.375%）；路面厚度起伏較大（變異系數為27.94%）且部分區(qū)段低于設計標準；渠道襯砌分布均勻（變異系數為