土壤侵蚀原理实习实验指导书
土壤侵蚀原理实习实验指导书
目录 目录 前言…… 一、室内实验部分………………… 实验一不同粒径沙粒休止角测定 ………4 1实验目的 2实验原理…………………………………… 3实验样品制备… 445 4实验用具…… 5实验步骤…… 6数据整理与分析… ……………………………8 7实验报告编写… 8 实验二人工模拟降雨侵蚀实验………… 9 1实验目的…… 2实验原理 …………9 3人工模拟降雨机的主要性能…… 4实验物品准备………………………………… 5实验设计…… ……………………………10 6实验步骤……………… 7数据整理与分析 19 8实验报告的编写… ………20 实验三不同粒径泥沙起动流速…… 1实验目的…………………………
1 目 录 目录…………………………………………………………………1 前言…………………………………………………………………3 一、室内实验部分……………………………………………4 实验一 不同粒径沙粒休止角测定………………………………4 1 实验目的………………………………………………………4 2 实验原理………………………………………………………4 3 实验样品制备…………………………………………………5 4 实验用具………………………………………………………6 5 实验步骤………………………………………………………6 6 数据整理与分析………………………………………………8 7 实验报告编写…………………………………………………8 实验二 人工模拟降雨侵蚀实验…………………………………9 1 实验目的………………………………………………………9 2 实验原理………………………………………………………9 3 人工模拟降雨机的主要性能…………………………………9 4 实验物品准备…………………………………………………10 5 实验设计………………………………………………………10 6 实验步骤………………………………………………………10 7 数据整理与分析………………………………………………19 8 实验报告的编写………………………………………………20 实验三 不同粒径泥沙起动流速………………………………21 1 实验目的………………………………………………………21
2实验材料准备及沙粒粒径组的粒径值计算…… 3实验仪器及用品…………………………………21 4实验原理…………… 5地面坡度设计和沙粒起动的判别标准 …24 6实验步骤 …24 7实验数据整理………………………28 8实验报告的编写 二、野外实习部分… 实习一山洪泥石流调查与分析 1实习地点…… 30 2实习内容方法 …30 3实习报告编写……… ………………30 实习二黄土地区常见土壤侵蚀形式调查与分析 1实习地点…………………… 2实习内容方法 3实习报告编写… …………31 实习三水土保持综合措施的规划与设计 1实习地点… 2实习内容及方法 3实习报告编写…………
2 2 实验材料准备及沙粒粒径组的粒径值计算…………………21 3 实验仪器及用品………………………………………………21 4 实验原理………………………………………………………24 5 地面坡度设计和沙粒起动的判别标准………………………24 6 实验步骤………………………………………………………24 7 实验数据整理…………………………………………………28 8 实验报告的编写………………………………………………29 二、野外实习部分……………………………………………30 实习一 山洪泥石流调查与分析…………………………………30 1 实习地点………………………………………………………30 2 实习内容方法…………………………………………………30 3 实习报告编写…………………………………………………30 实习二 黄土地区常见土壤侵蚀形式调查与分析………………30 1 实习地点………………………………………………………30 2 实习内容方法…………………………………………………31 3 实习报告编写…………………………………………………31 实习三 水土保持综合措施的规划与设计………………………31 1 实习地点………………………………………………………31 2 实习内容及方法………………………………………………31 3 实习报告编写…………………………………………………31
前言 土壤侵蚀原理是水土保持与荒漠化防治专业本科生一门必修 的骨干性专业基础课程。为巩固和深化土壤侵蚀原理课程所讲内 容,不断提高学生动手能力,完成本课程实习实验是教学中的重 要环节之 目前本课程的实习实验分为室内和野外两个部分。根据安排 的实验课时、实验室条件和经费投入情况,可全部或选择其中部 分内容进行。 编者 20201于资源与环境学院
3 前 言 土壤侵蚀原理是水土保持与荒漠化防治专业本科生一门必修 的骨干性专业基础课程。为巩固和深化土壤侵蚀原理课程所讲内 容，不断提高学生动手能力，完成本课程实习实验是教学中的重 要环节之一。 目前本课程的实习实验分为室内和野外两个部分。根据安排 的实验课时、实验室条件和经费投入情况，可全部或选择其中部 分内容进行。 编者 2002.01 于资源与环境学院
、室内实验部分 室内实验地点目前主要安排在北京林业大学土壤侵蚀实验室 及相关的其它实验室。 实验一不同粒径沙粒休止角测定 1实验目的 维持坡面物质稳定的力主要由四个方面组成,一是组成坡面 物质的休止角;二是坡面物质间的摩擦阻力;三是坡面物质之间 的粘结力:四是穿插在土体中植物根系的固结作用力。 本实验就是在排除(不考虑)后三种作用力的情况下,探讨 组成坡面物质的休止角与坡面稳定之间的相关关系 2实验原理 沙粒的休止角大小受三方面影响 其一是随其水分含量的变化而发生变化,水分含量升高时 其休止角变小,二者呈现负相关关系。 其二是沙粒的休止角受粒径大小的影响,其它条件相同时, 沙粒的休止角与其粒径呈现正相关关系 其三是沙粒的休止角受沙粒形状的影响,其蘑圆度较好时 沙粒的休止角较小,反之则较大。即沙粒的休止角与其蘑圆度呈 现负相关关系。 当组成坡面物质的休止角大于或等于坡面坡度角时,无论坡 面有多长,坡面都是处于稳定状态而不会发生重力侵蚀。一般情
4 一、室内实验部分 室内实验地点目前主要安排在北京林业大学土壤侵蚀实验室 及相关的其它实验室。 实验一 不同粒径沙粒休止角测定 1 实验目的 维持坡面物质稳定的力主要由四个方面组成，一是组成坡面 物质的休止角；二是坡面物质间的摩擦阻力；三是坡面物质之间 的粘结力；四是穿插在土体中植物根系的固结作用力。 本实验就是在排除（不考虑）后三种作用力的情况下，探讨 组成坡面物质的休止角与坡面稳定之间的相关关系。 2 实验原理 沙粒的休止角大小受三方面影响： 其一是随其水分含量的变化而发生变化，水分含量升高时， 其休止角变小，二者呈现负相关关系。 其二是沙粒的休止角受粒径大小的影响，其它条件相同时， 沙粒的休止角与其粒径呈现正相关关系。 其三是沙粒的休止角受沙粒形状的影响，其蘑圆度较好时， 沙粒的休止角较小，反之则较大。即沙粒的休止角与其蘑圆度呈 现负相关关系。 当组成坡面物质的休止角大于或等于坡面坡度角时，无论坡 面有多长，坡面都是处于稳定状态而不会发生重力侵蚀。一般情
况下不同泥沙石块的休止角如表1.1和表1.2所示。 表1.1几种岩石碎块的休止角(度) 岩屑堆的成分 最小最大平均 砂岩、页岩(角砾、碎石、混有块石的亚砂土)254235 砂岩(块石、碎石、角砾) 砂岩(块石、碎石) 页岩(角砾、碎石、亚砂土) 3643 38 石灰岩(碎石、亚砂土) 表1.2几种含水量不同泥砂的休止角(度) 泥砂种类 很湿 水分饱和 泥 40 松软沙质粘土 洁净的细沙 紧密的细沙 45 30 25 紧密的中粒沙 45 33 27 松散的细沙 2 松散的中粒沙 37 25 砾石土 27 3实验样品制备 3.1将从野外采取的沙粒手工拣去石块,用标准土壤筛筛选得到 定粒径范围的分级沙粒,粒径组分别为1.00-2.00mm、0.50~1.00
5 况下不同泥沙石块的休止角如表 1.1 和表 1.2 所示。 表 1.1 几种岩石碎块的休止角（度） 岩 屑 堆 的 成 分 最小 最大 平均 砂岩、页岩（角砾、碎石、混有块石的亚砂土） 25 42 35 砂岩（块石、碎石、角砾） 26 40 32 砂岩（块石、碎石） 27 39 33 页岩（角砾、碎石、亚砂土） 36 43 38 石灰岩（碎石、亚砂土） 27 45 34 表 1.2 几种含水量不同泥砂的休止角（度） 泥 砂 种 类 干 很 湿 水 分 饱 和 泥 40 25 15 松软沙质粘土 40 27 20 洁净的细沙 40 27 22 紧密的细沙 45 30 25 紧密的中粒沙 45 33 27 松散的细沙 37 30 22 松散的中粒沙 37 33 25 砾石土 37 33 27 3 实验样品制备 3.1 将从野外采取的沙粒手工拣去石块，用标准土壤筛筛选得到 一定粒径范围的分级沙粒，粒径组分别为1.00~2.00 mm、0.50~1.00
mm、0.25~0.50mm、0.10-0.25mm和0.074~0.10mm,筛分后每 个粒径组的泥沙重量至少为50kg。 3.2将筛分后的沙粒用清水洗掉黏附在沙粒表面的粘土,以消除 实验中粘土导致的粘结力。 3.3将洗净的每种粒径的沙粒分别放于干燥地表风干、收于小桶 内备用。 4实验用具 厚度为3.0~50mm、面积为50×50cm的平板玻璃1块 分析化学用普通滴定试管架1个 玻璃漏斗1个 500m量筒1个; 1000m烧杯1个; 20m钢卷尺1个 记录及计算用具适量(记录纸,铅笔,计算器等)。 5实验步骤 51将平板玻璃水平放于实验台上,滴定试管架安放于平板玻璃 侧,将漏斗置于试管架并使玻璃漏斗的下端与平板玻璃的垂直 距离保持在2.0cm左右(如图1所示)
6 mm、0.25~0.50 mm、0.10~0.25 mm 和 0.074~0.10 mm，筛分后每 个粒径组的泥沙重量至少为 5.0 kg。 3.2 将筛分后的沙粒用清水洗掉黏附在沙粒表面的粘土，以消除 实验中粘土导致的粘结力。 3.3 将洗净的每种粒径的沙粒分别放于干燥地表风干、收于小桶 内备用。 4 实验用具 厚度为 3.0~5.0mm、面积为 50×50cm 的平板玻璃 1 块； 分析化学用普通滴定试管架 1 个； 玻璃漏斗 1 个； 500ml 量筒 1 个； 1000ml 烧杯 1 个； 2.0m 钢卷尺 1 个； 记录及计算用具适量（记录纸，铅笔，计算器等）。 5 实验步骤 5.1 将平板玻璃水平放于实验台上，滴定试管架安放于平板玻璃 一侧，将漏斗置于试管架并使玻璃漏斗的下端与平板玻璃的垂直 距离保持在 2.0cm 左右（如图 1 所示）
试管 玻璃漏斗 移动试管架横梁 平板玻璃 图1沙粒休止角测定装置示意图 52从安置好的漏斗上部,将备好的风干沙粒(一个粒径范围内 的)徐徐放下,同时进行观察。就会发现平板玻璃上的沙堆角度 不断发生变化,即沙堆的半径和其高度的变化不是成比例的。 在从漏斗上部不断补充沙粒的时候,应随时将安置漏斗的试 管架横梁逐渐上移,以保持漏斗下部与沙堆顶部距离始终不小于 10cm左右。 53边逐渐上移试管架横梁,边继续向漏斗内加注沙粒,直至沙 堆的半径与其高度比值不再发生变化,即沙堆的坡度不再发生改 变为止。此时观测到的沙堆角度既为采用一定粒径沙粒风干时的 休止角。 54观测到风干沙粒的休止角后,从漏斗上部徐徐滴入清水,就 会发现原沙堆的高度逐渐降低,而其直径在不断增大,即沙堆的 坡面角度在逐渐减小。再徐徐滴水并随时记录沙粒含水量与沙堆 坡面角度的变化过程
7 图 1 沙粒休止角测定装置示意图 5.2 从安置好的漏斗上部，将备好的风干沙粒（一个粒径范围内 的）徐徐放下，同时进行观察。就会发现平板玻璃上的沙堆角度 不断发生变化，即沙堆的半径和其高度的变化不是成比例的。 在从漏斗上部不断补充沙粒的时候，应随时将安置漏斗的试 管架横梁逐渐上移，以保持漏斗下部与沙堆顶部距离始终不小于 1.0cm 左右。 5.3 边逐渐上移试管架横梁，边继续向漏斗内加注沙粒，直至沙 堆的半径与其高度比值不再发生变化，即沙堆的坡度不再发生改 变为止。此时观测到的沙堆角度既为采用一定粒径沙粒风干时的 休止角。 5.4 观测到风干沙粒的休止角后，从漏斗上部徐徐滴入清水，就 会发现原沙堆的高度逐渐降低，而其直径在不断增大，即沙堆的 坡面角度在逐渐减小。再徐徐滴水并随时记录沙粒含水量与沙堆 坡面角度的变化过程。 平板玻璃 玻璃漏斗 可移动试管架横梁 沙堆 试管架
55继续滴水直至有水流从沙堆底部渗出为止,即沙堆水分含量 近于饱和状态。此时沙堆的休止角既为水分饱和时的休止角 6数据整理与分析 6.1列表计算风干沙粒数量与沙堆坡面角度的变化过程,直至测 定计算到风干沙的休止角为止 62列表计算沙堆水分含量与不同水分含量时的休止角变化过 程,直至沙堆水分达饱和时为止。 7实验报告编写 将实验过程中观测到的现象进行描写,并分析所有数据得到 特定粒径沙粒不同含水量时的休止角
8 5.5 继续滴水直至有水流从沙堆底部渗出为止，即沙堆水分含量 近于饱和状态。此时沙堆的休止角既为水分饱和时的休止角。 6 数据整理与分析 6.1 列表计算风干沙粒数量与沙堆坡面角度的变化过程，直至测 定计算到风干沙的休止角为止。 6.2 列表计算沙堆水分含量与不同水分含量时的休止角变化过 程，直至沙堆水分达饱和时为止。 7 实验报告编写 将实验过程中观测到的现象进行描写，并分析所有数据得到 特定粒径沙粒不同含水量时的休止角
实验二人工模拟降雨侵蚀实验 1实验目的 通过本实验,了解人工模拟降雨机的工作原理,掌握降雨导 致的土壤侵蚀作用、降雨侵蚀的发生过程、影响降雨侵蚀量的主 要因素等。 2实验原理 降雨导致的土壤侵蚀量大小,主要取决于降雨历时、降雨强 度和降雨量等,同时还受到土壤种类(不同土壤的可蚀性不同)、 地面坡度、地表覆盖物种类及其覆盖物数量等多种因素的影响。 本实验室内人工模拟降雨系统,采用特定土壤(限于教学时 数只能选择一种土壤),通过改变有限的因素(降雨量、降雨强度、 降雨历时、地面坡度)探讨土壤侵蚀量(土壤流失量)的大小, 进而通过分析实验数据得到以上因素与土壤侵蚀量的相关关系。 3人工模拟降雨机的主要性能 产品厂家:日本大器株式会社; 有效降雨面积:1.5m×1.5m 雨滴发生器至地面垂直高度:20m 降雨强度:10mmh~200mm/h连续可调; 雨滴直径:1.7mm~30mm 降雨历时:0~24h自动控制; 工作方式:手动、半自动、全自动三种方式任选
9 实验二 人工模拟降雨侵蚀实验 1 实验目的 通过本实验，了解人工模拟降雨机的工作原理，掌握降雨导 致的土壤侵蚀作用、降雨侵蚀的发生过程、影响降雨侵蚀量的主 要因素等。 2 实验原理 降雨导致的土壤侵蚀量大小，主要取决于降雨历时、降雨强 度和降雨量等，同时还受到土壤种类（不同土壤的可蚀性不同）、 地面坡度、地表覆盖物种类及其覆盖物数量等多种因素的影响。 本实验室内人工模拟降雨系统，采用特定土壤（限于教学时 数只能选择一种土壤），通过改变有限的因素（降雨量、降雨强度、 降雨历时、地面坡度）探讨土壤侵蚀量（土壤流失量）的大小， 进而通过分析实验数据得到以上因素与土壤侵蚀量的相关关系。 3 人工模拟降雨机的主要性能 产品厂家：日本大器株式会社； 有效降雨面积：1.5m×1.5m； 雨滴发生器至地面垂直高度：2.0m； 降雨强度：10 mm/h ~ 200 mm/h 连续可调； 雨滴直径：1.7 mm ~3.0mm； 降雨历时：0~24 h 自动控制； 工作方式：手动、半自动、全自动三种方式任选