石英砂粒径与掺量对红壤水分动态及干缩开裂行为的抑制机制研究

本研究针对干旱区土壤干裂问题，由研究人员通过蒸发试验结合PCAS和SEM技术，探究不同粒径与掺量石英砂对红壤开裂的抑制机制。结果表明：石英砂通过增强土壤骨架强度和降低毛细张力，显著降低表面裂缝率（Rsc）、平均长度（Lave）与宽度（Wave），细颗粒高掺量效果尤佳，为西北干旱区土壤抗裂提供了技术参考。

　　

研究揭示了石英砂粒径与掺量对红壤水分动态及干缩开裂行为的影响机制。通过设置不同石英砂含量与粒径的红壤样本进行蒸发试验，系统观测了水分蒸发过程及干缩裂缝的萌生与扩展规律。采用孔隙与裂缝分析系统（PCAS）定量解析了裂缝几何特征，包括表面裂缝率（R_sc）、平均长度（L_ave）和平均宽度（W_ave）；并利用扫描电镜（SEM）从微观尺度探究石英砂抑制开裂的内在机理。

结果表明：石英砂的添加通过增加土壤表面粗糙度与实际蒸发面积，提升了稳态蒸发速率。当石英砂粒径与土壤颗粒相当时，高掺量样本呈现出更低的R_sc、L_ave和W_ave值，这归因于土壤骨架强度和抗断裂能力的增强，以及毛细张力所致拉伸负荷的降低。与细颗粒石英砂相比，粗颗粒石英砂与土壤颗粒间的界面效应及低摩擦特性反而促进裂缝扩展，削弱了对红壤开裂的抑制效果。

综上，石英砂可有效抑制土壤开裂，其中细颗粒、高掺量的处理方式具有更优的抑制效果，为西北干旱区宏观裂缝防控提供了实践依据。