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土壤剖面概念范文1
[关键词] 科学实验 动手操作能力 观察能力 创新思维能力
科学是一门以实验为基础的综合性学科。许多现象和结论只有通过实验才能得到解释，各种现象的本质以及深层次的理解必须通过实验才能搞清楚，科学的理论也是人们通过实验总结出来的，所以实验教学在科学教学中占有非常重要的地位。新课标中注重了理论和实践相结合的原则，教材内容具有实验内容多、实验形式多、实验要求多的特点，所以科学教学的要求也要相应地改变。我认为在科学教学中应该让学生“动”起来，在动手、动眼、动口、动脑中培养学生的操作能力、观察能力、表达能力、创新思维能力。培养学生的这些能力主要以科学教学中的实验为载体，在实验中培养学生的科学素养。
一、以实验为载体，培养学生的动手操作能力
教育家陶行知在《手脑相长歌》中写到：“人生两个宝，双手与大脑。用脑不用手，快要被打倒！用手不用脑，饭也吃不饱。”这充分说明了动手操作能力的重要性。针对新课程中科学实验出现频率高的现象，正好以此为载体培养学生的各种能力，特别是动手操作能力。例如在使用日常的测量仪器——刻度尺、天平、弹簧、电流表、电压表时，就应该着重培养学生动手操作能力。在第一次使用该仪器时，由于学生对仪器比较生疏，操作时会很缓慢，甚至在操作中出现这样或那样的错误在所难免。在第二次使用同样时，就要求学生对仪器的安装和使用操作程序不应再有原则性错误，熟练程度应比第一次好，不过在具体细节上允许出现偏差。第三次使用时，就要求学生能够正确操作使用仪器。教师在实验时必须注意动作的规范性，给学生以潜移默化的影响。
二、以实验为载体，培养学生的观察能力
科学实验中的观察能力是指学生通过观察实验过程及现象，获得生动的感性知识，然后进行积极思维，把观察到的感性材料进行分析、综合、概括、归纳，上升为理性认识，形成正确概念。可见，培养学生的观察能力是培养各方面能力的前提，也是发展智力的基础，因为对实验的观察越细致、越准确，学生的认识就越丰富、越深刻，思维也就愈加活跃、广阔，分析与解决问题的能力就越强。
如在义务教育课程标准实验教科书《科学》八年级下中，“观察土壤可以看到什么”这是关于观察土壤的综合性探究活动，要在当地作一个土壤剖面。通过观察土壤剖面和样土，了解土壤的层次和质地、结构等基本性状。师生共同采集质地不同的沙土、壤土、粘土，并在学校附近挖一个比较典型的土壤剖面，仔细观察，共同讨论土壤表层上的枯枝落叶和微小的生物残体与A层中的腐殖质有什么关系，知道土壤中的腐殖质是枯枝落叶和生物残体经过土壤微生物的生物、化学和物理作用而形成的，是土壤肥力的重要指标，初步建立生态系统的概念。
教学实践证明，组织和指导学生开展生物课外活动，对于提高学生学习科学的兴趣，扩大观察范围，培养和发展能力，发挥他们的聪明才智，都是非常有益的。
三、以实验为载体，培养学生的语言表达能力
科学作为一门实践性很强的综合科目，不仅在于培养学生的动手操作能力，更在于培养学生的综合科学素养，其中包括语言表达能力。例如在观察土壤结构中，让学生利用放大镜和显微镜观察土壤，并说说自己所看到的现象，并且填写相应的表格，在实验中培养学生的语言表达能力。
四、以实验为载体，培养学生的创新思维能力
实验是科学教学的基础，实验不仅提供学习的感性材料，验证科学定律，而且能够提供科学的思维方法，加深对基本知识的认识程度，激发学生的求知欲，培养学生的探究能力。学生对自然界的事物怀有好奇心，对不懂的现象总喜欢问几个为什么。教师应该爱护学生的这种精神，可以和学生一起设计实验，组织他们观察现象，通过对实验现象的分析，引导学生用学过的知识去思考，从而培养学生的创新思维能力。例如在光合作用的实验中，可启发学生：为什么要预先让天竺葵“饥饿”？加入酒精的目的是什么？实验结果为什么叶的遮光部分不变色，而曝光部分变成蓝紫色？最后，让学生思考能否用其他方法来验证光合作用。通过亲身实践，学生对实验中出现的各种现象感到很好奇。教师要利用这一因素，激发他们对实验现象进行分析、推理、综合等，总结成功的经验，分析失误的原因，从中培养学生的创新思维能力。
土壤剖面概念范文2
摘要：在中学地理教学中，教师经常遇到学生因见识有限，缺乏直接的感性知识而困难重重，这与许多教师不重视地理教学插图有关，课本上的典型景图、素描图和照片等插图，具有内容简明、重点突出、要素单一、局部放大、夸张示意、专图专用、便于说理的特点，是学生感知地理事物、形成地理观念和地理概念的重要辅助来源，地理教材左图右书、图文并茂，符合学生感知、理解和记忆地理知识的认知规律，教师在教学中应当注重教材插图的运用和指导，充分发挥插图的作用，指导学生获得地理知识，提高地理教学水平。
关键词：教学插图 认知规律 运用和指导 教学水平
中学地理课本中有大量的简图、示意图、剖面图、统计图，便于培养学生的地理空间观念和空间想象能力，掌握准确的地理概念和典型地理事物，符合符合学生的认知规律，在教学手段已多样化的今天，使用课本插图，指导学生获得地理知识仍然是教师重要的基本教学手段。
1.简图
此类图内容简单，区别于综合性的详图，地理要素较少，便于学生对照教材阅读，将有关的地理知识落实在图上，如中国的各大区的分区图、地形图，世界各大洲的政区图、地形图，教师要注意指导学生关注读图提示，启发学生寻找地理事物之间的联系，在此基础上，为了帮助学生阅读地图，可将那些精确度要求不高内容进行简化，譬如：铁路、公路干线分布图以及河流流域水系图等内容，精心设计课案，指导学生用最简单的笔画在短时间内迅速而准确地画出简图，也可以结合教材边讲边画，激发学生的学习兴趣，使得沉闷单调的读图活动变得生动有趣，例如：在中国地理 《全国主要铁路干线》的教学中，教师边讲边在黑板上用圆圈绘出铁路干线交汇点，然后让学生用直线条连接成为铁路干线，标注全国铁路枢纽中心北京，标注全国最大城市上海，用直线相连，说明该线路名称，讲一条干线，画一条，画完南北铁路干线，再画东西铁路干线，最后，再熟悉重要的铁路交通枢纽，学生与老师同步进行，学生就能轻松的掌握全国铁路干线网的知识，而再根据铁路干线结合农民工的流向，思考从本地区出发到北京、上海等都会的近便线路，使学生进一步拓展了简图中的地理要素，通过类似的教学过程，学生可充分认识到地图所包含内容的丰富性和深刻性，对于学生阅读综合性详图，特别是对提高学生的读图能力在方法上和内容上都有启发。
2.专用图
这一类图是为了说明某一内容而编制的专用地图，因而内容单一，重点突出，主要有位置图、地形图、气候图、水文图、资源图等等。这类图的阅读要注意局部与整体的关系，防止只见树木不见森林的现象，防止孤立和割裂地理事物的联系，方位位置、相邻位置是读图的重点。
地形图、地势图往往是简化示意的，这样有利于理解和掌握地形地势特点，这类图在指导学生阅读时应当是多图结合，例如，《我国地势阶梯分布示意图》就要与《中国地形图》对照阅读，找到我国地势三级阶梯间的分界山脉与相应的等高线，再与《我国地形剖面图》（沿北纬32°）对照分析，能更加形象地显示我国西高东低、三级阶梯的地势特点。
气候图包括年平均气温分布图、最冷月和最热月气温分布图、年平均降水分布图及气候类型分布图等，阅读气温分布图，一是看不同等温线的读数，二看等温线的疏密；气候类型分布图，是通过气温曲线和降水柱状图考查气候特征及形成原因的。判断气候类型一般分三步，①依据最高气温出现的月份判断南北半球，如七月份气温高，为北半球；②判断温度带，划分热带气候类型主要依据最冷月均温，最冷月均温在15℃为热带，最冷月1月0℃等温线是亚热带与温带的分界线（温带海洋性气候除外）；划分寒带地区的气候类型，更多关注最热月平均气温，如果在0℃以上，就为苔原气候；低于0℃，就为冰原气候；③以降水定型，依据降水量和降水季节分配最后确定气候类型，这类图的阅读应当结合降水与气温的资料进行，着重培养学生运用图表进行比较、分析、归纳、总结的能力。
这类图都应与相关联的图、数据结合阅读，进行指导，帮助学生学会根据地图掌握位置范围、分布特点。
3.示意图
这类地图往往是运用示意、夸张的手法，说明地理事物和现象形成原因，反映其时间的演变和空间上的扩展，用较简单的图形来表示和阐明某些地理事物的演变过程，地图精度不高，重在演示过程，例如华北平原上的冲积忘扇形成的原因、冷暖锋的形成变化、高低气压系统的形成过程等等，如下图：学生通过示意图能形象了解水循环过程。
水循环示意图
教师在指导学生读图过程中，按照箭头方向指示学生了解三种循环形成的过程，跟着箭头走，通过图片的主题，图中标注的文字，揭示出地理事物发生、发展、演变的过程和相互的关系。
4.剖面图
剖面图是地图的补充与发展，种类主要有地形剖面图、地质剖面图、土壤剖面图、河床和地下水剖面图、洋流剖面图等，运用好剖面图能帮助学生形象的掌握地面和海底的高低、深浅和起伏状况，考查其形成原因、特点、变化等，说明地理事物的成因，推测该地区不同时期的自然和人文地理环境特征，说明改造自然的工程。
地形剖面图是地理剖面图中最常见的类型，以等高线地形图为基础转绘而成，描绘了沿等高线地形图中的某条线（经线、纬线或者任意线段）下切面显露出来的地形垂直剖面。地形剖面图表示一定地区内的地面状况，如地面高低变化、坡度陡缓和地形类型等，能更直观地表示地面的垂直变化，是地理知识的综合运用。在判读中一是要仔细阅读图例、比例尺（垂直比例尺和水平比例尺）、剖面线的方向和经纬线位置、注记及图示说明；二是要根据剖面图上的地势起伏状况，对应垂直比例尺读出沿剖面线各点的海拔高度、相对高度；分析海陆分布和地形分布特征；三是确定剖面线所在的大洲、大洋、国家或地区位置；判断世界主要大洲和大陆的地形特征及其大致经纬度；四是在确定地形剖面图所表示的地区后，将地形剖面图所显示的地势起伏、海拔高度、地貌类型及地形特征等与该地区的地形进行对照，判断地形区的名称；五是根据该地形剖面图所示位置及地形等自然地理特征，判断当地的气候类型、自然带类型等与该剖面图密切相关的各种地理事象，通过读图观察、空间想象、综合分析解决实际问题。在教学中还要进一步拓展知识，使学生了解根据等高线图绘制的地形剖面图，在平整土地，修筑渠道、堤坝、建设铁路、公路时有重要的利用价值。
5.统计图
统计图是地理学习中重要的辅助工具，它可以揭示地理事物之间的内在联系、地理规律和地理事物的发展变化情况，把枯燥的地理数据变得直观、生动，便于分析、比较各种地理事物量的变化及相互关系，常见地理统计图有坐标图、柱状图、曲线图等等。
统计图的判读是中学地理教学的重难点，帮助指导学生学习阅读各类地理统计图、图表分析能力、培养地理思维能力和创新意识是教学的重点，初步学会运用资料，归类分析，系统研究，图文转化的分析方法、绘制地理统计图是教学的难点，加强方法指导是关键。统计图作为一种直观性、适用性、形象性教学语言, 教师要以科学、准确的讲述，配之以板书，充分利用现代多媒体教育技术手段，例如，利用Excel的《图表向导《制作统计图，让学生体验《图表向导《制作统计图的操作过程，根据实际需要在柱形图、饼图、折线图中选择合适的图表类型，进行统计图分析和表达数据，通过统计和图表转换，观看统计图展示、上机操作、讨论交流的学习过程，获取直观性的感性知识，教学中的重点和难点就会因势利导得以突破。
参考文献：
土壤剖面概念范文3
1通过教学使学生明确中学地理教学用图的主题和种类
不同主题和种类的地图有着不同的用途，初学地图往往对此比较模糊，解决问题时常使用不正确主题或种类的地图，例如学生在行政区图上解决地形的问题，无法找到答案，失去学习和使用地图的信心和积极性，因此教学中要使学生明确地图的主题、种类。中学地理学习中地图的主要种类有以下几种：
1.1地图地图是地理学的灵魂，是最重要的教学用图。主要主题如地形图、政区图、山河与气候等自然地理分布图、资源、能源、人口、城市等人文地理分布图。
1.2地理原理图用以表达地理事物的演变规律及运动过程，如地球公转图、森林减小风速示意图等主题地图。
1.3剖面图用以揭示地理事物的内部构造及其在水平和垂直方向的分布规律，如地形、地质、土壤剖面图等。
1.4地理模式图用以表示地理事物的一般分布规律，是地理分布图、原理图的特殊形式。如世界洋流模式图、太阳系的模式图等。
1.5地理统计图用以表示地理要素的时空分布与变化规律。主要形式有：柱状图、曲线图、折线图、扇形图等。
1.6自然景观图如风蚀蘑菇、冰蚀地貌等景象图；波巴布树、纺垂树、河马、大象、袋鼠等动植物图。
2通过地理教学培养学生正确读图与析图的一般程序和具体方法
2.1通过地理教学，使学生掌握读图与析图的一般程序。
2.1.1弄清地图的比例尺、方向和图例注记这是读图的根本。弄清比例尺，才能使图中抽象的距离在脑海中产生实际概念；图上方向的正确认识才能保证用图的正确性；图例注记的理解才能保证所读的地理事物名称的正确，也帮助在地图上迅速找到目标。只有这样在能保证读图顺利和正确。
2.1.2明确要素，引导读图一幅地图中所蕴含的地理信息是十分丰富的，因此，教学中，应根据教学目标，有目的、有计划地引导学生通过读图，感知所需要的信息。如：讲述“北印度洋季风环流的成因”，先让学生观察洋流的流向及南亚地区冬、夏季风的风向，进一步引导分析两要素之间的关系，季风环流的成因就迎刃而解了。
2.2通过地理教学，使学生掌握读图与析图的典型方法。
2.2.1形状观察法就是在教学过程中，引导学生认真观察图形的轮廓、形状，看看是否有明显好记的特征，再根据观察出的形状特征把图形记住。如黄河的干流形状象汉字“几”字、意大利的轮廓象长筒靴……，这些方法能帮学生轻松地判读出有关图形，从而为进一步解答有关问题奠定良好基础。
2.2.2重点突破法就是在教学过程中，引导学生读出图中的重点与关键点，并把它牢记，这些关键点，往往成为今后读图析图的“切入点”。
2.2.3对比归纳法某些地理图有着明显的相似性，如曲线图、折线图、柱状图等统计图，因此教学过程中，要把它们有机地联系起来，让学生作比较，“同中求异、异中寻同”，归纳出它们的相同点与不同点，从而是学生掌握一大类图的判读方法。
2.2.4点、线、面结合法有些图必须从点（港口、矿产地、城市等）、线（山脉、河流、铁路线等）、面（国家、省区、自然带等）之间的相对位置来帮助记忆和判读。
3地理教学读图与析图能力培养中应注意的问题
3.1培养学生的读图析图能力应贯穿在平常的教学中，力求做到“图文并茂”，把图和文字紧密结合起来，尽量把地理分布、地理成因、地理规律等知识落实到有关图上，使图上内容与文字描述相互配合、相互补充，即一方面用图使文字具体化与形象化，另一方面用文字使图上内容规律化与系统化，从而使“死”图“活”起来，“静”的文字“动”起来。
3.2要培养学生养成经常读图和用图分析问题的习惯和对地图的兴趣。培养学生看图用图的习惯这是关键，而兴趣是发展思维、激发学生主动用图的动力。老师在日常教学中对图态度、用技巧和艺术都对学生形成用图习惯和培养对地图的兴趣有着直接的关系，这就需要教师首先用好图，然后才能培养学生的用图习惯和兴趣。
3.3正确认识学生初步利用地图的困难性，注意帮助学生克服认知障碍。中学生学习地理又都是从整体开始的，学习难度大，地理知识难以在脑海里形成整体印象，不易整体把握。地图就是表示一个区域内不同地理事物的不同侧面，把地图上标明的事物在大脑中复活成鲜明的形象较困难，学生不易整体把握。其次，地图是对客观地理事物的描述，其描述方法与绘画不同，与学生原有的认知模式相差很大，例如城市用圆圈表示等。再者学生在复杂的地图上无法正确判读注记，使地理事物无法迅速正确找到，或错误的读取地理事物的注记。因此，地理教学中要帮助学生克服这些障碍，地图使用才能顺利，地理课可才能学好。
3.4读图析图能力的培养要循序渐进，即要符合学生的年龄特征和认知水平，又要符合教学内容与教学进展。初一学生着重要求掌握一些基本的读图与填图能力，初二学生还要掌握一些初步的绘图能力，只有这样学生才能树立起信心。
土壤剖面概念范文4
关键词：高等教育；林学专业；土壤学；课程教学
“民以食为天，食以土为本。”土壤是人类赖以生存的物质基础，是农林牧业生产的介质，是环境物质容纳和净化的场所。在我国土壤资源面临沙化、盐碱化、荒漠化、肥力退化、侵蚀(包括水蚀和风蚀)和污染加剧等诸多威胁的背景下，土壤学已经成为关系国土安全和国民经济可持续发展的重要学科。
在高等林业教育中，土壤学一直是林学专业的一门重要的专业基础课，既有自成体系的理论框架，又有与生产实践和环境治理密不可分的广泛实用性；同时，在林学专业系列课程学习中具有承上启下的作用。该课程的教学质量直接影响学生实践能力和创新能力的培养，对培养高素质的现代林业人才有着重要的作用。在教学改革不断深化以及新知识、新理论和新技术快速发展的今天，认真分析土壤学课程教学中存在的主要问题，积极开展教学改革，提高教学效果，加强培养学生的学习能力、解决生产实际问题的能力和保护土壤资源的意识，是摆在任课教师面前的一项紧迫而重要的任务。
一、土壤学课程教学面临的主要问题
(一)教学学时明显不足
进入21世纪以来，高等教育中的本科教学强调“宽口径，广适应”，面向本科生开设的课程门数明显增多，选修课的比例大幅提高。这导致专业基础课和专业课的教学学时不断被压缩。华南农业大学林学专业的土壤学课程由早期的120学时减少为后来的80学时，继而压缩到60学时，最后进一步减少到现在的48学时。其中，理论教学30学时，实验教学18学时；课程实习的时间由最初的2周变为1周，再变为现在的0.5周。国内许多林业院校的土壤学课程也面临着相同的境遇。
教学学时的减少，使理论教学中相当一部分内容不得不被删除，许多重要问题和知识点的讲授难以深入和展开。实验教学也受到明显的影响，例如P、K测定项目无法开设；为了节省学时，原先由学生自己动手完成的一些实验环节(如试剂配制、标准曲线测定、空白实验等)也只好让实验课教师代劳。课程实习在某种程度上流于形式，变成“走马观花式”的参观考察，学生动手的机会减少，从而使实习难以取得实效。
(二)教学内容比较陈旧
目前，各高校使用的土壤学教材均是在原有教材基础上多次修订或改编出版的，其中有许多教材是“十五”规划教材或面向21世纪教材，教材内容与过去相比有明显的改进。但是，由于教材出版周期一般比较长，所以内容在一定程度上必然滞后于学科发展前沿，反映土壤学科新发展和现代化林业土壤管理等方面的内容较少；且新出版教材大都难以摆脱原有教材的框架、内容或模式，内容或多或少都有陈旧的痕迹，理论与实际联系不紧密。尤其是实验教学部分，除了受经费、实验场地、仪器设备等条件的制约外，也同样受到实验教材落后的影响。长期以来，实验课不但没有明显的提高和拓展，反而呈萎缩趋势；现代实验测试方法和手段在实验课上基本没有得到应有的体现。
(三)实践教学困难重重
教学实习是土壤学课程的重要组成部分，与课堂理论教学相辅相成，对学生理论知识的掌握和实践能力的培养有重要作用。随着高校招生规模的不断扩大，教学实习的组织面临诸多困难。首先，由于接收林学专业学生进行土壤学课程实习的单位食宿容量有限，无法解决数个班近百名师生的吃饭、住宿问题，所以实习师生只能当天往返，大量时间和经费都花费在实习途中。同时，实习参观场所也因人数太多而显得拥挤不堪，影响了实习效果。
其次，实习指导教师的数量不足，学生实习存在安全隐患。近百人的队伍外出实习，至少需要5～6名教师带队，才能较好地保障实习秩序和安全纪律，防范意外事故的发生。但目前的情形是，仅能抽出2～3名教师带队，学生实习存在明显的安全隐忧。
第三，实验课的开设亦遇到困难。在高等教育扩招的形势下，华南农业大学林学专业一般招3～4个班。由于实验课必须分小班上，且许多实验项目的时间跨度达2天之久，所以同一项实验内容不得不隔天开设。这样，学生周六也需要上实验课。另外，实验课上，每个小组的人数由原来比较合理的2人增加到3～4人。这使实验室显得十分拥挤，酒精燃烧和样品消解存在安全隐患；也很难实现每个学生都动手操作。
二、土壤学课程教学的改革措施
(一)合理取舍教学内容，突出实验教学
由于土壤学课程的学时大幅度缩减，所以要讲授课本上的所有内容是不现实的。为了适应改革后的形势，我们对教学计划进行了修订，并在授课过程中对教学内容做了相应调整，以突出土壤学课程的特点、难点和重点。课程教学改革采取的主要措施包括：
(1)在课堂上重点讲授土壤学的核心概念、基本理论、研究进展以及与生产实践联系密切的内容，主要包括土壤的形成过程、物质组成、物理性质，水、肥、气、热四大肥力因子，肥料与施肥，土壤利用与改良以及土壤学研究的新进展；
(2)将土壤生物、土壤结构、胶体构造、土壤分类及土类分布状况等教学内容布置给学生课后自学，并安排一定时间的答疑，教师在课堂上适当提问以检查自学效果。
实验课对增进学生对理论知识的理解和培养学生的实际操作能力有重要的作用。因此，在有限的学时内，我们腾出18学时用于实验教学，开设了8个实验；同时，对原有的实验内容进行整合优化。例如，矿物岩石的识别原为3次实验，现整合压缩为1次。再如，将土壤剖面观察、采样与土壤容重、孔隙性测定整合为1个实验项目。
通过以上理论教学内容的精选和实验课的优化整合等措施，保证了在有限的学时内完成土壤学主要理论知识的讲授和主要实验的开设。同时，通过安排课余自学任务，进一步培养了学生主动学习的习惯和自学能力。
(二)不断更新教学内容，创新教学方法和手段
设置合理的教学内容是提高教学质量的重要保证。教学过程中，我们不拘泥于教材内容和结构，尽可能地将本学科领域的研究进展以及生产实际中与土壤学相关的常见问题融入课堂；并采用大量的照片、图表和动画等来阐释一些抽象的理论问题，制作的课件图文并茂、深入浅出。我们广泛收集了生产建设中有关土壤学的实际问题，如苗圃经营成败的经验教训，城市绿地建设中土壤调查、规划与改良的具体措施，造林规划中必须考虑的土壤学问题等；还收集了脍炙人口的农谚等，并把这些内容充实到相应的理论课教学中，收到了良好的教学效果。
灌输式的教学方法，单一的教学形式，以教材为本位、教师为中心的教学模式等，都不利于很好地发挥学生的主观能动性，导致学生学习兴趣不高、学习效果不好。针对这种情况，我们在教学过程中坚持采用启发式、参与式的教学方式。我们要求学生课前预习、课后复习。每次课开始时，教师要针对上次课的主要内容进行提问，并根据学生的答问情况给出成绩，作为平时成绩的评定依据。在授课过程中，教师随时提出问题，要求学生当场回答或课后查阅相关资料。
另外，每学期选取一章内容由学生讲授。具体的做法是：教师在开学之初布置授课任务，要求学生以4～5人为单位，自由组合成若干个小组进行准备；然后通过简短的试讲和考察各组制作的课件，选定授课学生名单；最后教师对选出的学生进行指导，要求被选中的学生每人讲授一部分内容。通过这种方式，锻炼了学生查阅文献、制作课件、语言表达及团队合作的能力，调动了学生的学习积极性：
此外，为了增强学生阅读本学科领域英文文献的能力，教师在授课过程中尽量提供土壤学中主要名词术语的英文，同时在课间休息时播放一些英文笑话。这样，既帮助学生学习了专业英语，扩充了专业词汇，又活跃了课堂氛围。
(三)改革课程实验、实习教学的组织模式
实践教学(包括实验和课程实习)有利于学生更好地消化吸收课堂理论知识，提高学生的实际操作能力。实践教学的组织安排对实习效果有很大影响。过去，实验课安排在开学的第2周，而课程实习则安排在期末进行，实验与实习脱节。而且，平时实验课上分析的土壤样品是从学校的树木园或附近地区随机采集的，没有明确的研究目标或生产需要，所做的实验纯粹是验证性实验。同时，学生在课程实习中采回的土壤样品，又由于临近期末考试和放假，根本无法进行分析。
针对这种情况，近2年来，我们将课程实验、实习有机地结合起来。首先，将半周时间的课程实习前移至学期的第3～4周，并且尽可能地做到实习内容与教师的科研项目、研究生论文工作或生产单位的土壤资源调查任务结合起来；同时，要求实验设计、样品采集与分析、数据处理、报告撰写等环节均由学生参与或独立完成。此外，学生采集的土壤样品带回实验室后，可作为该学期实验课的分析对象。
其次，每次实验结束后，要求每位学生提交1份实验报告。学期结束时，任课教师汇总全班学生的实验数据，并要求每位学生根据汇总的结果独立撰写1份土壤调查报告。学生在报告中需要阐述土壤调查的目的、方法、过程、注意事项，调查区土壤性状、肥力水平和制约因子，以及土壤利用、改良的建议。这项措施既能将实习与实验有效地衔接，显著地提高教学效果；又锻炼了学生分析问题、解决问题和撰写报告的能力；同时还满足了科研项目或生产单位的需要，可谓一举多得。
(四)改革课程成绩的评定方法
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1“湿地农业”的提出
“湿地农业”的概念是在“湿地”概念的基础上发展起来的。多水（包括地下水、地表水）是湿地的基本特征。国际上提出湿地的概念，主要是鉴于该类自然资源对调节自然环境和保护生物物种的绝对重要性，即所谓“大地之肾”的特点提出来的，其核心是要加强对湿地的保护[6～7]。但对我国江汉平原乃至长江流域来讲，近600年来，已有大片的湿地被开垦成了以水稻田为主的人工湿地，该湿地的主要功能已转变成农业经营的基础条件、生产农产品的功能上来。在该地区农业经营中，除要保护好依然存在的部分自然湿地、发挥湿地的生物和生态功能外，农业的经营本身还或多或少受到本区湿地特征的影响，如何根据其特点进行农业经营、处理好湿地开发、利用与保护之间的关系，是湿地农业所要解决的关键问题。很早以前，我国劳动人民针对南方多雨的特点，在有效排水和农业利用上就创造了一套成功的方法，在珠江三角洲形成了著名的“桑基鱼塘”系统，在长江下游地区则有所谓“圩田”利用方式。而在长江中游的两湖平原，则是以湖垸形式的土地利用方式占优势。而且这部分地区在我国农产品生产上的地位十分突出。相对于我国北方干旱地区的干旱农业而言，我国南方湿地季风气候条件下湖泊湿地地区的湿地农业，还面临着一系列特有的问题与挑战。开展湿地农业研究意义十分重大[8～13]。
2江汉平原湿地农业的特点
在低湿地上之所以短期内发展了出色的农业，固然与人口压力密切相关，但也与其具有独特的优点息息相关。江汉平原地势平坦，土地肥沃；光热水资源丰富，雨热同季，宜于农作；交通发达，综合经济实力雄厚，湖北省综合经济实力百强县大都位于江汉平原地区之内。但是在20世纪50～80年代期间，江汉湖泊数量和面积急剧减少，耕地面积骤增，生态环境日益脆弱化。农业灾害，包括洪、涝、渍、干旱、病虫、冷热等日益严重，农业耕作和生活的设施水平与条件十分恶劣，农业的结构单一，劳动生产力与土地生产力徘徊不前，农业资源浪费严重，比较效益低下。形成了江汉平原湿地农业的基本背景[10，12]。江汉平原的湿地农业还具有一些具体特点。
2.1垸田特征
江汉平原湿地垦殖所产生的直接结果是大量垸田的产生。所谓垸田，就是人为地由湖边向湖心通过建立堤坝、排干湖水，建立相应的水利设施，即所谓“围湖造田”形成的农田。最后在地貌上就自然形成了一个个由人工开挖形成的水系相对独立的垸落。从大的方面来看，垸田由于开垦历史不同，所属各异，因而垸落与垸落之间形成各种人为的隔离和阻碍，道路和水系混乱，不利于农田作业以及灌溉、排水与行洪。每逢5～10年一遇的大雨，往往形成大面积内渍[1，14]。
垸田的另一特征是土壤长期接纳河流冲积物和湖渍物，因而表现为土体深厚、有机物丰富、土壤潜在肥力高但有效肥力低。由于其土地平整与水利设施大都不充分，因而排水不良。春季土壤升温慢，形成所谓“冷渍田”。此外，还有一部分低湖田表现为土壤粘粒成分含量高、土壤结构不良。从土壤营养上来看，该地区土壤严重缺磷和缺锌[4，15]。
2.2地貌和生态上的分异特征
江汉平原的农田多由湖泊开垦形成，在地貌和生态上呈现出有规律的变化。王克林等在对洞庭湖湿地进行探讨时指出了洞庭湖区具有碟形盆地圈带状立体景观结构的特点。并将该湿地归纳成3个圈次，即1）内环敞水带；2）中环季节性淹没带；3）外环渍水性淹没带[2，8]。蔡述明等在江汉平原四湖地区监利新兴垸进行的研究阐明了四湖地区“湖垸同体”，从湖边到湖心可分为9种农业利用地貌类型的规律[4]。我们通过对典型碟形洼地——高场示范区的剖析，观察到一个没有彻底完成垦殖过程的低湖地在多个土壤特征上（地下水位、土壤剖面结构、土壤机械构成、土壤营养、土壤温度和综合土地质量）存在明显的梯级递变，因而其适宜的农业利用价值也是不同的。
2.3灾害加剧与生态脆弱化特征
由于本地区独特的地理气候特点，近几十年来自然灾害的频率和程度日益加剧。主要灾害有洪灾、涝渍、干旱和病虫灾害等[16～18]。叶柏年等在分析湖北省旱涝发生情况时，论述了进入上世纪80年代以来，灾害日益加重，如1980、1982、1983、1991、1993、1995、1996、1998年均为特大洪涝年，每年因洪涝使农田成灾面积均超过66.7万hm的标准，平均两年就遇一次，其中1991年农作物受灾174.97万hm，农业损失55亿元。80年代与50年代相比，旱灾面积增加1.28倍，涝渍面积增加1.67倍。
王学雷等对江汉平原的生态脆弱性进行过专题论述[19]。除上述以洪涝为主体形成的各种自然灾害外，江汉平原还面临严重的生态脆弱化问题。包括，1）耕地面积日减，人口骤增，土地的承载压力越来越大；2）土壤有机质含量逐年下降，物理结构劣化，生产性能下降；3）生物多样性下降，时有暴发性或毁灭性病虫害发生；4）水体面积减小，湖水水质下降，渔农矛盾日渐突出；5）农业内部结构单一，农业经营比较效益低，农业经济再生产难以完成；6）农业设施老化，基本建设严重落后，农民生活得不到应有保障，等等，应该说湿地地区的农业面临着一系列严峻的挑战。
3湿地农业技术体系探讨
局部性、季节性水环境恶化是南方低湿地的一个带普遍性的问题。位于该地区的以湖泊为主体的自然湿地既是当地农业的重要环境，又在该地区整体的水资源调度和控制中发挥着越来越重要的作用。必须从整体上来认识南方低湿地区存在的各种问题，大力开展湿地农业技术研究（图1）。
附图
图1“湿地农业”构成图
3.1湿地农业关键技术的探讨
“九五”期间，我们对农业湿地中的主体——涝渍地合理开发利用技术进行了较深入的研究，关键技术包括：
（1）涝渍地农业小区综合整治开发规划与实施研究建立了两个分别代表典型“湖积地”和“冲积地”的涝渍地改良综合开发示范区，在示范区的综合整治与开发规划中提出了以“单元水系”为基本单位整治涝渍地的观点，将农田基本建设作为整治涝渍地的先决手段。规划中还引入了日本区域排水规划的数理模型与土地分析的“数量化理论Ⅰ”，实践证明上述两种方法对江汉平原湿地地区微地域特点的分析具有较好的适用性。研究还将高场示范区的开发模式总结为“农田整备+梯级开发”，岑河示范区的开发模式为“农田整备+优化模式”[22～24]。
（2）涝渍地排水改良技术
湿地农业中农田的排水是一项关键技术[25～27]。研究开发和引进了适合于湿地农业小区排水的数学模型以及农道、沟渠、土地平整的工程技术参数。深入探讨了农田涝渍相随的作用过程和主要作物棉花、大豆、油菜在关键生育期的排渍标准和涝渍排水综合控制指标[28]。
（3）涝渍地土壤肥力特征及改良技术
选择典型地域对近20年来大范围的江汉平原湿地农田土壤肥力动态演替进行了分析和评价，采用土壤系统分类法，对涝渍地的土壤类型进行了重新划分，找出了不同类型涝渍土壤的特征与利用方法。探讨了涝渍地土壤的分布与肥力演变规律。
（4）适生生物种质资源的发现、引进与鉴定
对多种水生经济植物莲藕、芡实等的适宜特性进行了鉴定。发掘并开发了新鱼种——月鳢，继续扩大了对适宜于湿地的早熟西、甜瓜品种的筛选，选出适合于大面积推广的新品种“黄宝石”、甜瓜“丰甜1号”。引进筛选出“两优培九”和“丰两优1号”等品种作为湿地高产优质水稻换代“组合”。
（5）主要作物抗涝渍的机理及抗渍高产栽培
重点对水稻、油菜等作物不同抗（耐）性品种间差别产生的机理进行了探讨，并总结出一套本地区水稻的抗渍栽培技术体系。研究认为栽培上应重点抓好品种筛选和育苗技术两个环节[29]。
（6）涝渍地作物病虫草害的发生规律及综合防治技术
重点对涝渍地上易发生的稻飞虱、稻螟和纹枯病、白叶枯病的发生特点进行跟踪调查，以有效排水和节水灌溉为出发点，探讨了病虫草害综合防除策略。
（7）涝渍地生态环境异化评价及生态恢复技术
湿地环境异化程度在日益加重，环境异化的根源在于人类对湿地资源的过度和不合理的利用。环境治理策略既要注重缓解环境压力，也要注意照顾当前经济发展，要做到二者的良性互动。
（8）涝渍地高效农业模式研究
湿地良好的土壤潜在肥力和充裕的光、温、水等自然资源为本地区农业的主体产品开发和农田多熟制提供了十分难得的自然条件[5，30～32]。以“麦—瓜—稻”模式为基础，面对新的农村形势，新创了4种高效农业模式。这4种模式是系统针对本地区爽水型高产水田、旱田、农牧肥结合以及保护地栽培方式分别形成的，在生产中已得到迅速推广。
3.2湿地农业综合开发典型模式探讨
湿地农业模式总体上可分成农田高效农业模式，农林间（混）作模式，水体养殖模式，种养加一体化模式和碟形地域梯级开发模式等5类。每一类有若干种形式的模式。主要模式可以归结为如下几种：
（1）适宜于中小水面的分层混养模式；
（2）适宜于连片池塘的鱼、猪—禽复合混养模式；
（3）适宜于大中型水面的网箱养鱼与流水围栏精养模式；
（4）野生水生植物人工种植园模式；
（5）适宜于河滩湖滩季节性淹水带的耐渍经济植物模式；
（6）低湖田鱼—稻—藕共生模式；
（7）湖区生态公园观光农业模式；
（8）适宜于大面积低湖田的一季中稻模式；
（9）适宜于典型碟形洼地的梯级开发模式；
（10）适宜于高产爽水区的多种农田高效种植模式，包括：麦—瓜—豆—稻模式；油—瓜—稻模式；菜—甜瓜—杂交棉模式；大麦=玉米+绿豆—晚稻—畜禽模式。
优化模式的实施产生了良好的生态、经济和社会效益。其中经济效益尤为显著[3，5，33～36]。
3.3湿地农业的若干技术难题
纵观江汉平原过去几十年来的研究，湿地农业的技术研究多集中在点、区或者局部技术环节上，成绩很大但有所偏颇。今后应加强如下重大关键问题的研究。
（1）关于湿地农作区国土综合整治，即生产、泄洪和湖区水面面积的合理比例及其规划建设问题。进入20世纪90年代以后，湖泊面积还在继续减少，减少的部分主要用来作渔业养殖用。与低湖农田的利用方式相比，渔业养殖兼顾了蓄水、生产和调节生态环境等多方面功能，生态与经济效益显著，因而显示出较大的优越性。但江汉平原全域内土地面积如何在生产、泄洪和湖区水面之间分配出一个合理的比例，并通过具体地规划、布局（该布局还应该与相关的水利、农业设施相匹配），是今后湿地农业中必须要解决的一个首要问题。应该学习日本“土地改良区”的做法，大范围统一规划，整体分区建设；通过立法，集中来自于国家、地方和农业经营者的有效投资；规划与建设必须遵循统一的技术规范，做到资源的可持续利用与开发、保护的有机结合。
（2）关于拳头产业的选择与培育。要在减轻涝渍为害的同时，充分发挥湿地地区多水与土地肥沃的优势，培育特色产业，建立相应的优质、名牌商品基地。而这一方面恰好是江汉平原湿地农业过去的薄弱环节。具体来讲，需水较多的水稻、油菜，水生动物（鱼、鸭、鹅等）养殖，水生经济植物产品是本地区农业发展的潜在优势，但一直以来未形成相应的产业和产品优势，今后应重点研究其从基地化生产到加工、包装和销售一体化的技术，形成湿地农业的特色。
（3）关于恢复优美环境与确保食物安全。江汉平原的地理特点决定了该地区各种用水可能在不同区域之间产生多次循环使用，而且人畜饮水、农业灌溉用水与生活排水之间极易相互混杂。以水作媒介，农药、化肥及有机污染物容易得到迅速传播与分布，从而导致对环境的大面积污染，进而导致对农产品的污染。在江汉平原这个传统的农业集约区和国家农产品生产基地，如何保证农村广大土地以及农产品免遭污染，改善农业从业者的生产与生活环境，将是今后湿地农业技术体系中的一个难点。
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土壤剖面概念范文6
关键词：膨胀土；研究进展；综述
Abstract：With the increase of project construction of expansive soils, the engineering hazard of expansive soils is more prominent, which resulted the hazards of the expansive soil in the project geotechnical have become a technology problem of global, calls for an immediate solution. This paper reviews the study of expansive soils, focuses on the properties of physical and mechanical of expansive soils, composition and structure, expansion mechanism, identification and classification, permeability, improved methods and the development trend. The overview basically reflects the current status of expansive soils, can provide a relevant reference for future theoretical analysis and experimental research of the expansive soils.
Key words：Expansive soil；Research advance；Review
中图分类号：TU475文献标识码：A 文章编号：
引言
膨胀土是指吸水后显著膨胀、失水后显著收缩的高塑性粘性土。随着工程中膨胀土问题的逐渐增多，膨胀土对工程的危害已成为当今岩土工程界急需解决的全球性技术难题之一。20世纪30年代，国外首先开始注意到膨胀土的破坏现象。50年代末，美国首次全国性的膨胀性粘土学术会议在科罗拉多州召开。60年代到70年代后期，英国、美国、罗马尼亚、前苏联及日本都相继在正式的土工规范及铁路规范等文件中增列了有关膨胀土的条文内容。我国于20世纪50年代初，在修建成渝铁路工程中，首次遇到成都粘土膨胀危害问题，从而拉开了我国膨胀土研究的序幕。到了60年代，国内已经开始从膨胀土的结构、矿物成分、分类及膨胀基本特性等方面开展了详细研究工作。70年代中期，膨胀土的普查工作已在国内大规模的进行。80年代后期，国内膨胀土的研究重点主要集中在铁路路基处理上，并于1987年制定了《膨胀土地区建筑技术规定》[1]。迄今为止，国内外已召开过多次国际膨胀土研究与工程会议及国际非饱和土研究与工程会议，国外许多国家也都相继制定了膨胀土地区建设的规范文件[2]。有关膨胀土的结构特征、力学特性、变形特点等问题都取得了一定的突破。膨胀土的研究逐渐从一个国家或地区的研究逐渐发展成为世界性共同研究的课题。本文主要在前人研究基础上对膨胀土的研究现状作简要概述。
膨胀土的分布及成因类型
1.1膨胀土的分布
膨胀土在我国及世界范围内的堆积历史都较为悠久。跨越了第四纪、新第三纪及其以前若干时期。目前，已发现多达40余个国家存在膨胀土堆积，其中我国是世界上膨胀土分布最广，面积最大的国家之一。自50年代以来，我国先后发现膨胀土危害的地区已达20余个省、市、自治区。分布范围主要集中于珠江、长江中下游、黄河中下游及淮河、海河流域的广大平原、盆地、河流阶地以及平缓丘陵地带。
1.2膨胀土的成因类型
据国内外大量膨胀土研究成果，膨胀土的类型主要有以下几种类型：
（1）残积(风化)型膨胀土
残积(风化)型膨胀土不仅是工程问题和地质灾害最严重的一种膨胀土，同时也是热带、亚热带气候区特别是干旱草原、荒漠区最主要的膨胀土类型。残积型膨胀土具有高空隙性、高含水量和强烈胀缩的特点，这种不良特性来自化学风化作用，可使母岩结构破坏，矿物化学分解，碱及碱土金属和碳酸盐淋失，导致结构物不均匀开裂变形、结构破坏等。根据母岩成分不同形成的膨胀土有:a）玄武岩、辉长岩形成的含蒙脱石的残积膨胀土；b）泥灰岩、钙质泥岩残积膨胀土；c）泥质岩残积型膨胀土。
（2）沉积型膨胀土
工程实践和理论研究表明，并非所有的粘土都具有显著的膨胀性，而仅仅是有效蒙脱石含量大于8%～10%的高塑性粘土才具有显著的膨胀性。由于蒙脱石是微碱性富含Mg的地球化学环境下的产物，因此富含蒙脱石及其混层矿物的沉积型粘土主要形成和分布在半湿润、半干旱的暖温带和南北亚热带半干旱草原气候环境的沉积盆地中，其形成方式可以是湖积、洪积、坡积或冰水沉积。
（3）热液蚀变型膨胀土
地下热水和温泉分布区由于热水和温泉与岩石的相互作用，导致岩石中长石等矿物分解转化为蒙脱石而形成膨胀土，但并非各种岩石都可以产生蒙脱石化作用，通常仅是中基性火成岩，如玄武岩、辉绿岩、安山粉岩等。因此，热液蚀变型膨胀土这种类型并不普遍，我国仅在内蒙古阿巴嘎旗第四纪玄武岩和温泉发育区有灰绿色热液蚀变型膨胀性粘土的分布。国外在近代火山活动频繁、温泉热水发育的地区较多。
膨胀土的结构
结构是影响膨胀土工程性质的另一个重要因素。膨胀土的结构包括宏观结构和微观结构，其中宏观结构的主要特征是膨胀土的多裂隙性。多裂隙所构成的裂隙面及软弱面是宏观结构对膨胀土工程性质影响的最直接原因[3]。由于裂隙的存在破坏了土体的完整性，从而使强度评价产生困难。同时由于裂隙具有不均一性和变动性，使膨胀土表现出不同的强度特性[4]。耿建彬[5]将裂隙的形成和发育分为原生裂隙和次生裂隙，并研究了影响次生裂隙形成发育的因素。易顺民[6]结合分形几何和裂隙结构，探讨了膨胀土裂隙研究的定量化模式。膨胀土的微结构是膨胀土在一定的地质环境和条件下，由土粒孔隙和胶体结构等组成的整体结构。对膨胀土微观结构的研究，有助于了解膨胀土的力学特性。随着X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等测试技术的发展以及数字化图像处理技术的应用，使人们对土的微观结构的认识更深一步,发展到定量研究阶段。Delage[7]认为对非饱和土力学性质的理解需要用可靠的概念模型来实现。第一种概念模型涉及到非饱和土的微结构，第二种模型即非饱和土的弹塑性模型。Delage等在对压缩淤泥的微结构研究中注意到各种状态下压缩土的结构特征，以及含水量变化对土结构的影响。Alonso[8]等在研究膨胀土的结构特性后提出双结构模型，指出微结构对应饱和的内部凝聚孔隙，它主要受黏土与水的物理化学相互作用，并认为微结构具有可逆性。刘松玉[9]用分形理论研究了膨胀土的微观结构，并建立了相应的数学模型。对膨胀土的微结构的研究有助于我们对土的力学性质、胀缩机理的深入理解和认识，但还需要深入研究土体微结构变化对工程性质的影响。
膨胀土的判别分类
在膨胀土地区进行工程建设，必须正确识别膨胀土与非膨胀土，并对膨胀土进行分类，即将工程性质基本相似的膨胀土划分为同一类别，以便为工程的设计与施工提供合理的参数和科学依据。
膨胀土在世界各地都有分布，成因类型多种，关于膨胀土的判别，国内外尚不统一，就我国也有多个标准，如：公路工程地质勘察规范(JTJ064-98)、公路路基设计规范(JTG D30-2004)、公路土工试验规程(JTJ051-93)、岩土工程勘察规范(GB 50021 2001)、膨胀土地区建筑技术规范(GBJ112-87)等。
上述各规范对膨胀土的规定互有出入，即使公路部门执行的公路标准也还存在如何执行的问题。虽各标准界限和强调重点有所不同，但各标准都是以自由膨胀率δep为初判的标准，以胀缩总率（eps或ep50)为终判标准[10]，见表2、表3。各种规范(规程)对膨胀土的定义和判定标准不尽相同，说明各行业标准有所差异。膨胀土的含义、命名、判别方法及工程性质评价仍主要以《膨胀土地区建筑技术规范》(GBJll2-87)为依据。在此基础上，许多学者对判别指标的选取及评判方法进行了相关研究，取得一定的成果，如杨世基指标[11]等。
表2 膨胀土的初判标准
规范、标准代号 膨胀土等级 自由膨胀率δep /% 说明
I 、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ、V 强 ＞90 I 、Ⅱ 、Ⅲ强调“高塑性，高液限”， IV 、V 强调综合判断.
中 65～90
弱 40～65
表3 膨胀土的终判标准
规范、标准代号 判断计算式 胀缩总率eps或ep50 说明
I 、Ⅱ 、Ⅲ 胀缩总率 eps:>4% 强 主要考虑士的可能含水量变化
eps /% eps:2～4% 中
eps:0.7～2.0% 弱
Ⅳ、V 地基胀缩变形量Sc /mm Sc: >70 mm 强 除考虑含水量变化外，还考虑地基的工作应力
Sc:35～70 mm 中
Sc:
注：ωn均为地基收缩过程中可能产生含水量的下限值；ω为土的天然含水量山；λn为收缩系数，通过收缩试验确定；ep50为50 kPa 压力下的膨胀率；σepi为第i层土在地基应力作用下的膨胀值(mm)；∆ωi为第i层土可能发生含水量变化值(以小数表示)。
膨胀土的物理力学性质
4.1 膨胀土工程特性
（1）胀缩性。胀缩性指膨胀土吸水后体积膨胀，失去水分后体积收缩的特性。如膨胀受阻产生膨胀力可使路面隆起，失去可使路面下沉或土体干裂。膨胀土不同于其它粘土的胀缩性，反复的干缩湿胀导致土体的有效凝聚力下降，使得土体的强度降低。
（2）多裂隙性。膨胀土中的裂隙，主要可分为垂直裂隙、水平裂隙与斜交裂隙三种类型。这些裂隙将土体层分割成具有几何形状的块体，如菱块状、短柱状等，破坏了土体的完整性。膨胀土路基边坡的破坏，大多与土中裂隙有关，且滑动面的形成主要受裂隙软弱结构面控制。目前有两种观点阐述膨胀土的裂隙性，一是认为裂隙的产生由于膨胀土的胀缩特性导致，由于反复的吸水膨胀、失水干缩，反复周期变化，导致土体结构松散，而结构的松散使得雨水进入，又为胀缩创造了条件。另一观点认为，裂隙性引起的应力集中和吸力下降等原因造成了土层软化，引起土体的破坏。
（3）遇水崩解性。膨胀土浸水后体积膨胀，在无侧限的条件下则发生吸水湿化。不同类型的膨胀土崩解性不同，强膨胀土浸水后，几分钟很快就完全崩解；弱膨胀土浸水后，则需要经过较长的时间才能逐步崩解，且不完全崩解。
（4）超固结性。膨胀土大多具有超固结性，天然空隙比较小，干密度较大，初始结构强度较高。超固结膨胀土路基开挖后，将产生土体超固结力释放，边坡与路面出现卸载膨胀，并常在坡脚形成应力集中区和塑性区，使边坡容易破坏。超固结性是膨胀土的一个重要特征，这个特征越来越受到重视，并被认为是导致边坡渐进性破坏的一个重要原因。
（5）强度衰减性。膨胀土强度为典型的变动强度，具有峰值极高而残余强度极低的特性。由于膨胀土的超固结性，其初期强度高，随着土体受胀缩效应和风化作用时间的增加，抗剪强度将大幅度衰减。强度衰减的幅度与速度和土体的物质组成、土的结构和状态、风化作用以及胀缩性的大小有关。
（6）易风化特性。膨胀土受气候因素影响，极易产生风化破坏作用。路基开挖后，土体在风化作用下，很快产生碎裂、剥落和泥化等现象，使土体结构破坏、强度降低。按其风化程度不同，一般可将膨胀土划为强、弱、微三层。
4.2膨胀土物理特性
膨胀土按粘土矿物分类，可以归纳为两大类，一类以蒙脱石为主，另一类以伊利土和高岭土为主。蒙脱石粘土在含水量增加时出现膨胀，而伊利土和高岭土则发生有限的膨胀，引起膨胀土发生变化的条件，有一下几方面：
（1）含水量。膨胀土具有很高的膨胀潜势，这与它含水量的大小及变化有关，如果其含水量保持不变，则不会有体积变化。在工程施工中，建造在含水量保持不变的粘土上的构造物不会遭受由膨胀而引起的破坏。当粘土的含水量发生变化，立即就会产生垂直和水平两个方向的体积膨胀，含水量的轻微变化，仅1%～2%的量值，就足以引起有害的膨胀。
（2）干容重。粘土的干容重与其天然含水量是息息相关的，干容重是膨胀土的另一重要指标。γ=18.0KN/m3的粘土，通常显示很高的膨胀潜势。这表明着粘土将不可避免地出现膨胀问题。
（3）渗透性。饱和渗流是非饱和土力学的重要组成部分，也是水文地质、地下水资源与环境和农田水利等学科领域共同关心的问题。Richards[12]将Darcy定律推广应用到非饱和渗流中，建立起水相渗流所满足的控制方程，即通常称为的Richards方程以后，人们才开始了非饱和渗流的研究。基于Richards控制方程的饱和-非饱和渗流得到了深入的研究，并成功地应用到许多实际工程中。早期对非饱和渗流的研究主要是定性研究和在理论上求精确解或级数解。Coleman和Bodman[13]最早研究了入渗后土壤剖面含水率分布，他们将含水率剖面分为四个区，即饱和区、过渡区、传导区和湿润区，这使人们对入渗过程有了初步的定性认识。20世纪60年代，随着计算机的出现，基于Richards方程的非饱和渗流数值模拟得到了前所未有的发展，早期主要用有限差分方法求解Richards方程，后来随着有限元方法的迅速发展成熟，后者逐渐取代了前者成为非饱和渗流数值模拟的主要方法。高骥等[14]对堤坝中由于洪水暴涨暴落产生的动态渗流作了饱和-非饱和数值模拟研究，在有限差分方法中采用了全隐式交替方向迭代法以及添加附加项来模拟饱和-非饱和渗流。
（4）液限、液性指数。液限、液性指数（不叫液限指数）以及塑限、塑性指数在土力学中是评价粘性土的主要指标。同一种粘性土随其含水量的不同而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。
土由半固态转到可塑状态的界限含水量称为塑限，由可塑状态到流动状态的界限含水量称为液限。土的塑限和液限都可通过试验得到。塑性指数和液性指数可以根据土的塑限和液限通过计算求得：
塑性指数=液限含水量－塑限含水量，液性指数=（土的天然含水量－塑限含水量）/塑性指数。根据塑性指数可以对粘性土进行分类，根据液性指数可以判断土物理状态，土的液性指数越小，土越硬。
（5）黏粒含量。膨胀土按黏土矿物分类，可以归纳为两大类，一类以蒙脱石为主，另一类以伊利土和高岭土为主。蒙脱石黏土在含水量增加时出现膨胀，而伊利土和高岭土则发生有限的膨胀。膨胀土的黏土矿物成分是决定其工程特性的主要内在因素。已有的研究表明，当黏土矿物中蒙脱石的含量达到5%时，即对土的膨胀性与强度产生影响，若蒙脱石含量超过20%，即土的工程性质主要由蒙脱石所决定，一般蒙脱石含量在12%以上的土，则具有较强的胀缩性[15]。
4.3膨胀土的基本力学性质
（1）变形与固结特性。膨胀土主要表现为吸水膨胀软化，失水干缩，即产生强烈的胀缩变形。膨胀土的变形可分为两大类：1）外加荷载作用下的压缩变形；2）外加荷载与入渗或浸水共同作用下的湿胀、湿化变形，或外加荷载与蒸发、风干、水位下降共同作用下的干缩变形。膨胀土的变形特性是膨胀土研究的重要研究内容之一，也是相关工程防治的关键，必须依据大量的室内试验和工程实例，分析并建立反映湿胀、湿陷、干缩特性的非饱和膨胀土的新型本构模型，才能较准确地描述膨胀土的变形特性。黄庚祖[9]通过膨胀土膨胀变形试验研究了膨胀变形的定性规律；徐永福[21]根据膨胀土的膨胀变形试验，提出膨胀土膨胀变形的模型，并利用这个模型解释了膨胀土的膨胀变形特征、通过统计各地区膨胀土的膨胀变形资料，得到膨胀变形与含水量和压力之间的定量关系、用轻便固结仪对宁夏膨胀土进行研究，得出膨胀量是含水量的线性函数，膨胀量的对数和压力的对数呈线性相关的规律。
（2）强度特性。膨胀土的强度特性较之普通的粘土要复杂得多。它既是膨胀土体抵抗破坏能力的表征，也是计算路堑、渠道、路堤、土坝等斜坡稳定性，以及支挡结构物土压力的重要参数。通常情况下膨胀土的峰值抗剪强度相当高，但从失稳的膨胀土边坡反算出的抗剪强度却远远低于其峰值。
膨胀土膨胀性
膨胀土胀缩性能及其指标
在工程地质中，这种粘土的膨胀现象很普遍，我们通过土工实验，得出粘土的力学指标，以供土质力学上的计算。通常对膨胀土的力学分析，主要是对其膨胀潜势和膨胀压力的研究后得出的。
（1）膨胀潜势，膨胀潜势就是在室内按AASHO标准压密实验，把试样在最佳含水量时压密到最大容重后，使有侧限的试样在一定的附加荷载下，浸水后测定的膨胀百分率。膨胀率可以用来预测结构物的最大潜在的膨胀量。膨胀量的大小主要取决于环境条件，如润湿程度.润湿的持续时间和水分的转移方式等。因此，在工程施工中，改造膨胀土周围的环境条件，是解决膨胀土工程问题的一个出发点。自由膨胀率Fs是指膨胀土经过粉碎风干后，一定体积的的松散土粒在水中没有任何限制条件下充分吸水产生自由膨胀，体积增大，试样稳定后的体积增量与初始体积之比。自由膨胀率与液限呈线性关系。线膨胀率δep是指膨胀土试样在无荷载(有荷载)有侧向限制条件下吸水后沿垂直方向膨胀的增量与初始试样高度之比。
（2）膨胀力，膨胀力就是膨胀压力。通俗的讲，就是试样膨胀到最大限度以后，再加荷载直到回复到其初始体积为止所需的压力。对某种给定的粘土来说，其膨胀压力是常数，它仅随干容重而变化。因此，膨胀力可以方便的用作衡量粘土的膨胀特性的一种尺度。对于未扰动的粘土来讲，干容重是土的原位特征。所以在原位干容重时土的膨胀压力可以直接用来论述膨胀特性。膨胀力Pe指土体的体积膨胀受到限制时吸水后所产生的最大应力，膨胀土的膨胀力与原始含水量(或饱和度)和干容重之间有密切关系，即膨胀力随原始含水量的增大而减少，随干容重的增大而增大。膨胀力与膨胀率有近似线性关系。
（3）收缩含水量，收缩含水量ωs指土体失水收缩稳定后的最低含水量，也就是土体在水分被蒸发散失时体积产生收缩并到达恒定而不继续缩小时的界限含水量，一般称为缩限。
（4）收缩量，收缩量是指一定体积的膨胀土体在水分蒸发过程中其体积的缩小量值。在工程中，常采体缩率和线缩率表征。
综上所述，膨胀土的变化除了土的膨胀与收缩特性这两个内在的因素外，压力与含水量的变化则是两个非常重要的外在因素。准确地了解膨胀土的特性及变化的条件，就有可能估计到建造在这个地基上的路基及构造物将会产生怎样的变形，从而采取相应的地基处理措施。
膨胀土膨胀机理
膨胀土的矿物学理论研究者从矿物晶格构造出发，认为膨胀土的膨胀取决于膨胀土的矿物成分及其结构以及颗粒表面交换阳离子成分[2]等，膨胀土物理化学理论中以渗透理论、双电层理论应用较普遍，此理论认为膨胀土膨胀的主要原因是膨胀土颗粒表面产生了复杂的物理化学作用。膨胀土的膨胀性主要取决于矿物表面结合水层与扩散双电层的厚度(Grime R E；Lounghmm F C；华东水利学院土力学教研室)。膨胀土膨胀的物理力学理论包括有效应力理论、毛细管理论和弹性理论等[16]，该理论认为膨胀土的膨胀是在一定的外力作用下由膨胀土与水相互作用产生的物理力学效应引起的。
在这些理论中，应用较普遍是晶格扩张理论和双电层理论，晶格扩张理论认为膨胀土晶格构造中存在膨胀晶格构造，水易渗入晶层间形成水膜夹层，从而引起晶格扩张，使土体体积增大。但晶格扩张理论仅仅局限于晶层间吸附结合水膜的楔入作用，而没有考虑粘土颗粒间及聚集体间吸附结合水的作用。事实上，粘土膨胀不仅发生在晶格构造内部晶层之间，同时也发生在颗粒和颗粒之间以及聚集体和聚集体之间[10]。双电层理论认为双电层内的离子对水分子具有吸附能力，被吸附的水分子在电场力作用下按一定取向排列，在粘土矿物颗粒周围形成表面结合水膜。由于结合水膜增厚“楔开”土颗粒，从而使固体颗粒之间的距离增大，导致土体膨胀。双电层理论弥补了晶格扩张理论在解释粘土胀缩原因方面的不足，发展了结合水膜在膨胀理论中的应用，使得膨胀机理的理论更加全面和充实。
膨胀良
大量的工程实践表明，化学方法改良膨胀土是十分有效并且广泛适用的工程处理方法。因为一方面选用的化合物本身可以固结土体，起到粘结土粒的作用，例如水玻璃，树脂等进行灌浆处理。另一方面化合物和土本身还可以进行一些复杂的物理-化学反应改变膨胀土的亲水性质。目前，国内外应用化学方法改良膨胀土的添加剂主要有石灰，水泥，粉煤狄及其它各种可溶性的无机盐，有机类的有表面活性剂，各种有机聚合物等。还有使用无机有机复配体系，如聚合表面活性剂与石灰，水泥复配[17]。
6.1无机类改良剂
（1）石灰类改良剂
在膨胀土中加入石灰进行改性，主要是针对矿物中易亲水的蒙脱石、伊利石，使其与石灰发生化学离子交换，通过微结构的改变来改变工程性质即膨胀土中加入石灰后，由于石灰水化产生大量钙离子，与蒙脱石，伊利石等活动性矿物层起吸附水作用；同时也把大量钙离子和溶液中析出的Ca(OH)2粒子吸附到颗粒周围，使矿物颗粒一晶格边缘断链所产生的电荷吸附钙离子来取得平衡，形成石灰的水化物在膨胀土矿物颗粒表面聚集，其作用过程与Ca(OH)2的硬化过程同时进行。
具有扩张型晶体的蒙脱石类矿物，其离子交换量很大，易于和生石灰发生阳离子交换，从而限制了矿物的胀缩性，聚集和粘结在矿物表面的Ca(OH)2，经硬化结晶，形成一种防止膨胀土颗粒内水外散和外水内侵的固化层，其结果使膨胀土减弱亲水性，自身稳定性增加，石灰土试件达到一定的力学强度。当膨胀土中加入石灰以后，其击实土样结构形态多为团粒较大的集粒结构和基质状结构，这类结构也不利于吸水膨胀，因而用石灰处理后的石灰土的膨胀性也就得到了改良。利用生石灰改良含水量偏大的膨胀土也有比较理想的效果，生石灰在转化为熟石灰的过程中，要吸收大量水分，同时产生热量，使土体中水分蒸发，降低土体含水量，有利于施工。但生石灰不易保存，施工时仍多以熟石灰为主。
（2）水泥类改良剂
水泥对膨胀土的固化，主要有以下几个方面的作用：a)水泥水化反应产生的C-S-H和C-A-H凝胶，附着在土颗粒表面，具有较强的胶结力，并形成了Ca(OH)2；b)Ca2+与土颗粒表面吸附离子发生阳离子交换反应，使土颗粒亲水性能降低和团粒化，增加膨胀土的水稳定性；c) Ca2+、OH渗透进入土颗粒内部，与粘土矿物发生物理化学反应，继续生成上述胶凝物质，可减少亲水粘土矿物的含量，并提高土颗粒间的连接强度[18]。
许多研究表明，随着水泥掺量增加，固化膨胀土强度有一定增加。但因水泥水化反应的体积缩减和水化作用消耗粘粒吸附水而引起干燥收缩，当水泥掺量超过6％时，稳定土的裂缝将显著增加。随着水泥的掺量增加，稳定土的收缩性能变差，而且固化土的经济成本直线上升，因此考虑固化效果和经济成本，固化膨胀土的水泥掺量一般在4％～10％之间。
（3）工业废渣类改良剂
粉煤灰、矿渣等工业废渣配合石灰、水泥也常被用来固化膨胀土，由于工业废渣在石灰、水泥水化的碱性环境中具有潜在水化活性，人们从经济和环保角度出发，用其来固化、稳定土体其固化机理与石灰类、水泥类固化剂类似。用工业废渣加固膨胀土，最大的优点是比较经济和环保，但其早期强度不高，而且通常需要较大的掺量。
6.2有机类改良剂
（1）有机高分子改良剂
有机高分子化合物是利用有机聚合物的聚合反应实现对土的固化增强，常用的此类改良剂有丙烯酸盐系列、聚液态丁二烯等。有机高分子类改良剂由于聚合物与土颗粒中粘土矿物一般不发生反应，其固化膨胀土的作用主要是在土中进行聚合反应，经过链的引发、链的增长等过程，使液状丙烯酸盐聚合成不溶于水的网状高分子凝胶体，这样土颗粒就被强度高、有塑性的链包围，形成一个空间网，形成土颗粒-聚合物-土颗粒的结构，这一结构可提高土颗粒间连结强度，使土体具有较高强度和变形率，表现为土的抗拉、抗剪和单轴抗压强度提高。
（2）表面活性剂改良剂
表面活性剂作为一种新兴的改良材料与前面提到的各种改良剂比起来有较大的优势。主要表现在其改良效率高，施加方便，旌工比较简单，而且改良周期较短，能缩短施工时间，节省施工成本，再者大部分的表面活性剂都是无毒性的，也很环保。现在国内外很多学者都开始做以表面活性剂作土壤固化剂的研发工作并已初有成效[19]。
7膨胀土的危害、防治
7.1膨胀土病害类型
（1）膨胀土边坡
膨胀土边坡不稳定，地基会产生水平向和垂直向的变形，坡地上的建筑物损坏要比平地上更严重。另外，膨胀土的胀缩性除使边坡房屋发生开裂、倾斜外，还会使公路路基发生破坏，路堑产生浅层滑坡和表面溜坍，路堤边坡发生坡角坍滑、腰部溃爬、路肩错落滑坍等，涵洞、桥梁等刚性结构物产生不均匀沉降，导致开裂等。
（2）膨胀土地基
在地勘初始过程中，由于膨胀土一般强度较高压缩性低，因此易被误认为是建筑性能较好的地基土。随季节性气候的变化而反复不断地产生不均匀的升降，而使建在膨胀土地基上的建筑物开裂遭到破坏。建筑物的开裂破坏具有地区性成群出现的特点，建筑物裂缝随气候变化不停地张开和闭合。并以低层砖混结构损坏最为严重，因为这类建筑物房屋质量轻，整体结构性较差且基础埋置浅、地基土易受外界环境变化的影响而产生胀缩变形。
7.2膨胀土病害的防治措施
在膨胀土地基上进行工程建设，应根据当地的气候条件、地基胀缩等级、场地工程地质和水文条件，结合当地建筑施工经验，因地制宜避免大开挖，依山就势建筑，并采取综合措施。
（1）路基边坡方面可采取的措施
①加强隔水，做好排水。路堑边坡或切坡建房时，应及早封闭，做好排水工作。施工时，注意工程用水和雨水的排泄，减少对基坑的浸泡时间；
②支挡防护。对不高的边坡，采取轻型防护，如方格骨架护坡、草皮护坡等；对较高边坡，采用挡护结合或分级挡护；
③改良土壤。用砂、碎石屑与膨胀土拌和，回填、夯实边坡。
（2）建筑物地基及基础方面措施
①换土垫层
将膨胀土全部或部分挖掉，换填非膨胀黏性土、砂、碎石垫层，并作好排水辅助措施。其作用主要是抑制膨胀土的升降变形引起的危害，减小地基胀缩变形和调节膨胀土地基沉降量。该方法施工工艺简单，可就地取材，是处理膨胀土地基的一种较为适用和经济的方法。
②增大基础埋置深度
其作用为：相应减小膨胀土厚度；增大基础面以上土的自重；加大基础与土的摩擦力；增大至基底的渗透距离和改变蒸发条件，致使地温和湿度的变化较稳定；
③桩基础
桩基础应穿透膨胀土层，使桩尖进入非膨胀土层，或进入大气影响急剧层以下的。
④湿度控制法
通过控制膨胀土含水量的变化,保持地基中的水分少受蒸发及降雨入渗的影响,从而抑制地基的胀缩变形。目前比较成功的保湿方法有:预浸水法、暗沟保湿法、帐幕保湿法和全封闭法[14]。
⑤压实控制法
用机械方法将膨胀土压实到所需要的状态，充分利用膨胀土的强度与胀缩特性随含水量、干密度及荷载应力水平的变化规律,尽，量增大击实膨胀土的强度指标，是一种处理弱膨胀土较为理想的方法。
⑥土质改良法
利用物理改良或化学改良加固机理，通过改变膨胀土的物质组成结构和其物理力学性质，集成化学改良土水稳定性较好、有较大的凝聚力和物理改良材料有较高内摩擦角及无胀缩性的优势，达到强化膨胀土的土质改良效果。该法常充分利用一些固体废弃物与价格低廉的材料，如粉煤灰、矿渣与砂砾石等，有利于环境保护，且改良质量良好，得到了工程界的普遍重视。
8 结论
本文简要总结了膨胀土近年的研究进展及研究方向。文中第一部分主要介绍了膨胀土的分布及成因类型，以期对膨胀土有初步的了解，第二、三部分简要讲述了膨胀土的结构及判别分类，后阐述了膨胀土物理力学相关性质、膨胀性及改良相关研究。最后例举具体实例讲述了膨胀土的危害及其防治。鉴于膨胀土的研究是一个复杂极其庞大的工程，本文只属一般综述性文章，只能就近年来有关膨胀土的研究作初步探索，以期今后在此基础上有所突破。我国是世界上膨胀土危害较严重国家之一，目前很多对膨胀土的研究还处于定性阶段，很多理论和技术都不太成熟，对膨胀土的研究挑战还很多，后续研究还得加大力度。
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