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第 51 卷 第 10 期 2023 年 10 月 西 北 农 林 科 技 大 学 学 报 自 然 科 学 版 J ou r na l o f No r t hwe s t A 粉 煤 灰 水 分 特 征 曲 线 有 效 水 分 持 水 性 能 中 图 分 类 号 S156 99 X752 文 献 标 志 码 A 文 章 编 号 1671 9387 2023 10 0089 08 E f f e c t o f a d d i n g f l y a s h o n w a t e r a v a i l a b i l i t y a n d h o l d i n g c a p a c i t y o f c o a l g a n g u e m a t r i x HAN Xi ang ZHAGN Chaoy i ng GENG Yuq i ng HAN Xi una CHEN L i n C o l l e g e o f F o r e s t r y T h e K e y L a b o r a t o r y f o r S i l v i c u l t u r e a n d C o n s e r v a t i o n o f M i n i s t r y o f E d u c a t i o n B e i j i n g F o r e s t r y U n i v e r s i t y B e i j i n g 100083 C h i n a A b s t r a c t Ob j e c t i ve Th i s s t udy exp l o r ed t he e f f e c t s o f f l y a sh add i t i on on ava i l ab l e wa t e r and wa t e r ho l d i ng c apa c i t y o f c oa l gangue ma t r i x t o p r ov i de ba s i s f o r p r omo t i ng e c o l og i c a l r e s t o r a t i on and wa s t e r e s our c e u t i l i z a t i on i n mi n i ng a r e a s Me t hod The c oa l gangue ma t r i x mi xed wi t h c oa l gangue and r aw s o i l a t a ma s s r a t i o o f 1 1 wa s t e s t ed wi t h add i t i on o f f l y a sh a t d i f f e r en t ma s s f r a c t i ons 0 CK 10 F1 20 F2 and 50 F5 Af t e r wa t e r i ng t r e a tmen t pa r t i a l c oa l gangue ma t r i x wa s t aken t o de t e r mi ne pa r t i c l e c ompos i t i on vo l ume wa t e r con t en t and wa t e r suc t i on S The Gandne r powe r f unc t i on emp i r i c a l f o rmu l a a S b wa s us ed t o f i t t he pa r ame t e r s o f a r ep r e s en t i ng t he wa t e r ho l d i ng c apa c i t y and b r ep r e s en t i ng t he chang i ng r a t e o f vo l ume t r i c wa t e r c on t en t Then t he spe c i f i c wa t e r c apa c i t y p r o po r t i ons o f l a r ge med i um and sma l l po r e s f i e l d wa t e r ho l d i ng c apa c i t y wi l t i ng c oe f f i c i en t r ap i d ava i l ab l e wa t e r s l ow ava i l ab l e wa t e r and ava i l ab l e wa t e r we r e c a l cu l a t ed Re su l t Compa r ed wi t h CK t he add i t i on o f f l y a sh s i gn i f i c an t l y i nc r e a s ed s i l t con t en t o f c oa l gangue ma t r i x by 3 81 15 62 wh i l e r educ ed s and and c l ay con t en t s s i gn i f i c an t l y by 3 87 9 87 and 0 10 6 01 r e spe c t i ve l y The f i t t i ng c oe f f i c i en t s R 2 o f t he Ga r dne r powe r f unc t i on equa t i on o f t he c oa l gangue ma t r i x wi t h d i f f e r en t t r e a t men t s we r e 0 953 8 0 994 7 Wi t h t he i nc r e a s e o f f l y a sh amoun t t he equa t i on f i t t i ng pa r ame t e r a showed an i nc r e a s i ng t r end b showed a de c r e a s i ng t r end and t he wa t e r cha r a c t e r i s t i c o f t he c oa l gangue ma t r i x g r adua l l y i nc r e a s ed The spe c i f i c wa t e r c apa c i t y o f t he c oa l gangue ma t r i x showed a t r end o f f i r s t i n c r e a s i ng and t hen de c r e a s i ng wi t h t he i nc r e a s e o f wa t e r suc t i on At any l eve l o f wa t e r suc t i on t he spe c i f i c wa t e r c apa c i t y o f t he gangue ma t r i x wi t h f l y a sh wa s g r e a t e r t han t ha t o f CK and i t i nc r e a s ed wi t h t he i n c r e a s e o f f l y a sh add i t i on amoun t The add i t i on o f f l y a sh r educ ed t he p r opo r t i on o f l a r ge po r e s o f c oa l gangue ma t r i x and i nc r e a s ed t he p r opo r t i ons o f me d i um a nd sma l l po r e s Comp a r e d w i t h CK t h e p r opo r t i on s o f me d i um a nd sma l l po r e s o f F1 F2 and F5 we r e i n c r e a s e d by 1 820 3 223 4 180 a nd 4 256 6 890 12 083 r e s p e c t i v e l y Wi t h t h e i n c r e a s e o f f l y a s h a dd i t i on t h e f i e l d c a p a c i t y a v a i l a b l e wa t e r r ap i d ava i l ab l e wa t e r s l ow ava i l ab l e wa t e r and ava i l ab l e wa t e r i nc r e a s ed s i gn i f i c an t l y whe r e a s wi l t i ng coe f f i c i en t showed no s i gn i f i c an t change s Conc l us i on Add i ng f l y a sh c an imp r ove t he pa r t i c l e c ompo s i t i on and po r o s i t y cha r a c t e r i s t i c s o f coa l gangue ma t r i x and i nc r e a s e i t s ava i l ab l e wa t e r con t en t and wa t e r ho l d i ng c apa c i t y K e y w o r d s coa l gangue f l y a sh wa t e r r e t en t i on cu r ve ava i l ab l e wa t e r wa t e r ho l d i ng c apa c i t y 煤 矸 石 是 成 煤 过 程 中 与 煤 共 生 的 含 碳 量 低 的 岩 石 也 是 矿 区 排 放 的 主 要 废 弃 物 之 一 1 煤 矸 石 含 有 丰 富 的 有 机 质 和 微 量 元 素 2 3 所 以 常 常 将 煤 矸 石 与 生 土 混 匀 来 改 善 土 壤 的 养 分 状 况 作 为 植 物 生 长 的 基 质 4 5 但 是 煤 矸 石 与 生 土 简 单 掺 混 成 的 煤 矸 石 基 质 孔 隙 大 结 构 性 差 且 保 水 能 力 低 从 而 限 制 了 植 物 生 长 因 此 加 入 外 源 物 质 改 善 煤 矸 石 基 质 的 持 水 性 能 对 推 进 矿 区 生 态 修 复 十 分 必 要 粉 煤 灰 是 燃 煤 过 程 中 产 生 的 固 体 废 弃 物 其 颗 粒 细 小 质 量 轻 疏 松 多 孔 比 表 面 积 大 活 性 基 团 多 吸 附 能 力 强 并 且 富 含 微 量 元 素 6 7 研 究 发 现 将 粉 煤 灰 添 加 到 土 壤 中 不 仅 可 以 改 善 土 壤 的 颗 粒 组 成 和 孔 隙 状 况 还 能 促 进 土 壤 团 粒 结 构 的 形 成 有 效 抑 制 水 分 蒸 发 8 9 此 外 添 加 粉 煤 灰 还 可 阻 挡 土 壤 水 分 下 渗 提 高 土 壤 的 含 水 率 和 有 效 水 分 滞 留 时 间 增 强 土 壤 的 持 水 能 力 10 11 在 矿 区 生 态 修 复 进 程 中 已 有 研 究 表 明 使 用 粉 煤 灰 可 改 善 煤 矸 石 的 持 水 能 力 例 如 秦 倩 等 12 研 究 发 现 添 加 粉 煤 灰 可 以 提 高 煤 矸 石 的 田 间 持 水 量 降 低 其 水 分 扩 散 率 Wang 等 13 研 究 发 现 粉 煤 灰 煤 矸 石 的 混 合 充 填 模 式 较 煤 矸 石 单 一 充 填 模 式 具 有 更 高 的 保 水 性 和 渗 透 性 邱 俊 杰 等 14 发 现 不 同 比 例 的 煤 矸 石 与 粉 煤 灰 混 合 后 均 可 显 著 影 响 煤 矸 石 的 饱 和 含 水 量 前 人 的 研 究 主 要 集 中 在 添 加 粉 煤 灰 对 煤 矸 石 持 水 性 能 的 影 响 方 面 但 粉 煤 灰 是 否 提 高 了 煤 矸 石 水 分 的 有 效 性 尚 不 明 确 本 试 验 以 煤 矸 石 和 生 土 混 匀 的 煤 矸 石 基 质 为 研 究 对 象 分 析 添 加 粉 煤 灰 对 煤 矸 石 基 质 有 效 水 分 和 持 水 能 力 的 影 响 旨 在 为 推 进 矿 区 生 态 环 境 修 复 与 废 弃 物 资 源 化 利 用 提 供 理 论 依 据 1 材 料 与 方 法 1 1 试 验 材 料 试 验 采 用 的 煤 矸 石 源 自 神 华 宁 夏 煤 业 集 团 有 限 责 任 公 司 羊 场 湾 煤 矿 的 排 矸 场 供 试 生 土 采 自 排 矸 场 附 近 的 自 然 土 体 砂 粒 含 量 65 8 粉 粒 含 量 27 5 黏 粒 含 量 6 7 体 积 质 量 1 35 g cm 3 基 于 取 材 方 便 供 试 粉 煤 灰 采 自 内 蒙 古 自 治 区 乌 海 市 海 南 区 西 来 峰 发 电 厂 其 砂 粒 粉 粒 和 黏 粒 含 量 分 别 为 71 52 24 26 和 4 50 所 采 集 的 煤 矸 石 生 土 和 粉 煤 灰 均 磨 碎 过 2 mm 筛 后 备 用 1 2 试 验 设 计 将 煤 矸 石 和 生 土 按 1 1 的 质 量 比 混 匀 成 煤 矸 石 基 质 然 后 分 别 在 煤 矸 石 基 质 中 添 加 质 量 分 数 为 0 9 西 北 农 林 科 技 大 学 学 报 自 然 科 学 版 第 51 卷0 CK 10 F1 20 F2 和 50 F5 的 粉 煤 灰 每 处 理 3 次 重 复 将 掺 混 粉 煤 灰 的 煤 矸 石 基 质 装 入 高 13 cm 底 部 直 径 为 8 cm 的 塑 料 盆 钵 中 每 盆 混 合 基 质 的 质 量 为 2 kg 为 保 证 每 盆 煤 矸 石 基 质 均 处 在 同 样 的 压 力 条 件 下 用 吸 能 锤 从 同 样 的 高 度 锤 击 5 次 15 然 后 采 用 浇 水 的 方 式 将 各 处 理 的 煤 矸 石 基 质 浇 透 200 250 mL 后 自 然 风 干 3 个 月 用 环 刀 取 出 不 同 塑 料 盆 钵 中 的 煤 矸 石 基 质 测 定 其 水 分 特 征 曲 线 同 时 再 取 出 一 部 分 煤 矸 石 基 质 测 定 其 颗 粒 组 成 1 3 测 试 指 标 及 方 法 1 3 1 颗 粒 组 成 煤 矸 石 基 质 的 颗 粒 组 成 砂 粒 粉 粒 黏 粒 含 量 采 用 比 重 计 法 16 测 定 1 3 2 水 分 特 征 曲 线 的 测 定 与 拟 合 采 用 日 立 公 司 生 产 的 H 1400PF 离 心 机 测 定 先 将 装 有 基 质 样 品 的 环 刀 放 入 水 中 浸 泡 至 饱 和 状 态 然 后 称 量 转 速 为 500 1 000 1 500 2 000 3 000 4 000 5 000 和 6 000 r mi n 时 的 基 质 质 量 m 之 后 将 基 质 于 105 烘 干 称 取 其 干 质 量 m s 同 时 用 游 标 卡 尺 量 取 环 刀 内 土 面 下 降 的 高 度 h 用 以 计 算 不 同 吸 力 下 煤 矸 石 基 质 的 体 积 含 水 率 和 水 吸 力 S 体 积 含 水 率 的 计 算 公 式 如 下 m m m s m s 100 1 式 中 为 一 定 转 速 下 对 应 的 体 积 含 水 率 m 为 一 定 转 速 下 对 应 的 质 量 含 水 率 为 基 质 密 度 g cm 3 本 试 验 中 CK F1 F2 和 F5 的 基 质 密 度 分 别 为 1 19 1 11 1 02 和 0 88 g cm 3 m 为 一 定 转 速 下 对 应 的 基 质 质 量 g m s 为 基 质 干 质 量 g 水 吸 力 的 计 算 公 式 17 如 下 S 1 397 5 10 6 n 2 r l h 3 r l h 2 式 中 S 为 一 定 转 速 下 对 应 的 水 吸 力 kPa n 为 离 心 机 的 转 速 r mi n r 为 离 心 机 轴 心 到 土 样 底 部 的 旋 转 半 径 9 3 cm l 为 离 心 机 轴 心 到 转 子 盖 顶 端 的 距 离 2 9 cm h 为 不 同 转 速 下 环 刀 内 土 面 下 降 的 高 度 cm 采 用 Gandne r 幂 函 数 经 验 公 式 18 对 煤 矸 石 基 质 体 积 含 水 率 与 水 吸 力 的 关 系 进 行 拟 合 计 算 公 式 如 下 a S b 3 式 中 为 土 壤 体 积 含 水 率 S 为 土 壤 水 吸 力 kPa a b 为 参 数 1 3 3 比 水 容 量 以 水 吸 力 为 自 变 量 对 Gandne r 幂 函 数 经 验 公 式 求 导 可 以 得 到 比 水 容 量 C 计 算 公 式 如 下 C d d S a b S b 1 4 1 3 4 孔 隙 占 比 土 壤 水 分 特 征 曲 线 能 够 间 接 反 映 土 壤 中 的 孔 隙 大 小 及 分 布 假 设 土 壤 中 的 孔 隙 为 圆 形 毛 管 则 毛 管 孔 径 d 与 水 吸 力 S 的 关 系 就 可 以 表 示 为 d 4 S 5 式 中 为 水 的 表 面 张 力 系 数 室 温 下 一 般 为 7 5 10 5 N cm 如 果 土 壤 毛 管 孔 径 d 的 单 位 为 mm 水 吸 力 S 的 单 位 为 Pa 那 么 二 者 关 系 可 表 示 为 d 300 S 计 算 得 到 的 孔 径 称 为 当 量 孔 径 19 为 了 便 于 分 析 本 研 究 将 煤 矸 石 基 质 水 吸 力 值 按 照 当 量 孔 径 大 小 分 为 低 吸 力 段 中 吸 力 段 和 高 吸 力 段 即 低 吸 力 段 对 应 的 当 量 孔 径 0 045 mm 中 吸 力 段 对 应 的 当 量 孔 径 为 0 005 0 045 mm 高 吸 力 段 对 应 的 当 量 孔 径 为 0 000 3 0 005 mm 假 设 煤 矸 石 基 质 的 水 吸 力 S1 对 应 的 含 水 率 和 当 量 孔 径 为 1 和 d1 水 吸 力 S2 对 应 的 含 水 率 和 当 量 孔 径 为 2 和 d2 则 煤 矸 石 基 质 中 孔 径 在 d1 和 d2 之 间 的 孔 隙 所 占 的 体 积 与 孔 隙 总 体 积 之 比 为 1 2 其 中 1 2 20 1 3 5 有 效 水 分 煤 矸 石 基 质 的 有 效 水 分 用 田 间 持 水 量 速 效 水 缓 效 水 和 有 效 水 含 量 来 表 示 基 质 的 田 间 持 水 量 暂 时 萎 蔫 系 数 和 永 久 萎 蔫 系 数 由 Gandne r 幂 函 数 经 验 公 式 计 算 得 到 分 别 以 水 吸 力 值 为 33 1 000 和 1 500 kPa 时 的 体 积 含 水 率 表 示 速 效 水 用 田 间 持 水 量 与 暂 时 萎 蔫 系 数 之 差 表 示 缓 效 水 用 暂 时 萎 蔫 系 数 与 永 久 萎 蔫 系 数 之 差 表 示 21 有 效 水 含 量 则 为 速 效 水 和 缓 效 水 含 量 之 和 1 4 数 据 分 析 方 法 采 用 Exc e l 2016 进 行 数 据 处 理 利 用 SPSS 23 软 件 进 行 数 据 分 析 采 用 单 因 素 方 差 分 析 法 One way ANOVA 比 较 添 加 不 同 比 例 的 粉 煤 灰 对 煤 矸 石 基 质 颗 粒 组 成 孔 隙 占 比 以 及 有 效 水 分 影 响 的 差 异 用 Dunc an 法 进 行 差 异 显 著 性 多 重 比 较 采 用 Or i g i n2018 进 行 煤 矸 石 基 质 水 分 特 征 曲 线 的 绘 制 和 Ga rdne r 模 型 的 拟 合 2 结 果 与 分 析 2 1 添 加 粉 煤 灰 对 煤 矸 石 基 质 颗 粒 组 成 的 影 响 表 1 为 添 加 不 同 比 例 粉 煤 灰 后 煤 矸 石 基 质 的 颗 粒 组 成 情 况 可 知 随 着 粉 煤 灰 添 加 量 的 增 加 煤 矸 石 基 质 的 砂 粒 含 量 显 著 减 少 粉 粒 含 量 显 著 增 加 与 1 9 第 10 期 韩 湘 等 添 加 粉 煤 灰 对 煤 矸 石 基 质 有 效 水 和 持 水 性 能 的 影 响CK 相 比 F1 F2 和 F5 的 砂 粒 含 量 分 别 减 少 了 3 87 5 92 和 9 87 个 百 分 点 粉 粒 含 量 分 别 增 加 3 81 7 86 和 15 62 个 百 分 点 除 F1 外 其 余 处 理 的 黏 粒 含 量 也 较 CK 显 著 减 少 这 是 由 于 煤 矸 石 粒 径 大 将 粒 径 较 小 的 粉 煤 灰 加 入 到 煤 矸 石 基 质 中 后 会 导 致 煤 矸 石 砂 粒 含 量 减 少 粉 粒 含 量 增 加 煤 矸 石 基 质 黏 粒 含 量 降 低 则 与 粉 煤 灰 的 黏 粒 含 量 低 有 关 表 1 添 加 粉 煤 灰 对 煤 矸 石 基 质 颗 粒 组 成 的 影 响 Tab l e 1 Ef f e c t o f add i ng f l y a sh on pa r t i c l e s i z e o f c oa l gangue ma t r i x 处 理 Tr e a tmen t 砂 粒 Sand 粉 粒 S i l t 黏 粒 C l ay CK 75 37 a 16 31 d 8 51 a F1 71 50 b 20 12 c 8 41 a F2 69 45 c 24 17 b 6 51 b F5 65 50 d 31 93 a 2 50 c 注 同 列 数 据 后 标 不 同 字 母 表 示 各 处 理 间 存 在 显 著 差 异 P 0 05 表3 和 表4 同 No t e Di f f e r en t l e t t e r s i nd i c a t e s i gn i f i c an t d i f f e r enc e s among t r e a tmen t s P 0 05 The s ame i n Tab l e 3 and Tab l e 4 2 2 添 加 粉 煤 灰 对 煤 矸 石 基 质 水 分 特 征 曲 线 及 比 水 容 量 的 影 响 从 图 1 不 同 处 理 煤 矸 石 基 质 的 水 分 特 征 曲 线 可 以 看 出 随 着 土 壤 水 吸 力 的 增 加 各 处 理 煤 矸 石 基 质 的 体 积 含 水 率 均 表 现 出 迅 速 下 降 缓 慢 下 降 基 本 平 稳 的 变 化 趋 势 并 且 水 分 特 征 曲 线 形 态 相 似 说 明 添 加 粉 煤 灰 并 没 有 改 变 煤 矸 石 基 质 体 积 含 水 率 随 水 吸 力 增 大 而 减 小 的 整 体 趋 势 添 加 粉 煤 灰 的 煤 矸 石 基 质 的 水 分 特 征 曲 线 较 CK 均 整 体 上 移 并 且 随 着 粉 煤 灰 添 加 量 的 增 加 上 移 幅 度 逐 渐 增 大 这 种 现 象 在 水 吸 力 为 125 kPa 时 最 为 明 显 此 时 F1 F2 和 F5 的 含 水 率 分 别 较 CK 上 升 了 2 73 3 46 和 8 29 个 百 分 点 图 1 添 加 粉 煤 灰 对 煤 矸 石 基 质 水 分 特 征 曲 线 的 影 响 F i g 1 Ef f e c t o f add i ng f l y a sh on wa t e r cha r a c t e r i s t i c s o f c oa l gangue ma t r i x 采 用 Gandne r 幂 函 数 经 验 公 式 对 煤 矸 石 基 质 的 水 分 特 征 曲 线 进 行 拟 合 拟 合 参 数 见 表 2 表 2 添 加 粉 煤 灰 对 煤 矸 石 基 质 水 分 特 征 曲 线 Gandne r 模 型 拟 合 参 数 的 影 响 Tab l e 2 Ef f e c t o f add i ng f l y a sh on f i t t i ng pa r ame t e r s o f Gandne r mode l a t wa t e r cha r a c t e r i s t i c s o f c oa l gangue ma t r i x 处 理 Tr e a tmen t 水 分 特 征 曲 线 表 达 式 Exp r e s s i on o f wa t e r cha r a c t e r i s t i c cur ve 拟 合 系 数 R 2 F i t t i ng c oe f f i c i en t R 2 a b CK 46 907 S 0 178 0 981 0 46 907 0 178 F1 57 240 S 0 199 0 994 7 57 240 0 199 F2 64 771 S 0 221 0 970 6 64 771 0 221 F5 78 955 S 0 232 0 953 8 78 955 0 232 由 表 2 可 知 各 处 理 Gandne r 幂 函 数 方 程 拟 合 系 数 R 2 为 0 953 8 0 994 7 说 明 幂 函 数 经 验 公 式 对 煤 矸 石 基 质 水 分 特 征 曲 线 的 拟 合 度 好 能 较 好 地 反 映 煤 矸 石 基 质 水 吸 力 与 体 积 含 水 率 之 间 的 关 系 参 数 a 表 征 土 壤 持 水 能 力 参 数 b 表 征 土 壤 体 积 含 水 率 变 化 的 快 慢 22 a 值 越 大 煤 矸 石 基 质 的 持 水 能 力 越 强 b 值 越 小 煤 矸 石 基 质 的 体 积 含 水 率 随 水 吸 力 变 化 的 幅 度 越 小 由 表 2 可 知 各 处 理 Gand ne r 方 程 中 参 数 a 值 为 46 907 78 955 b 值 为 0 232 0 178 随 着 粉 煤 灰 添 加 量 的 增 加 参 数 a 和 b 分 别 呈 现 出 增 加 和 减 小 的 趋 势 F1 F2 和 F5 的 a 值 分 别 较 CK 增 大 10 333 17 864 和 32 048 而 b 值 减 小 0 021 0 043 和 0 054 这 说 明 添 加 粉 煤 灰 可 以 减 小 水 吸 力 对 煤 矸 石 基 质 含 水 率 的 影 响 增 强 煤 矸 石 基 质 的 持 水 能 力 从 图 2 可 以 看 出 煤 矸 石 基 质 的 比 水 容 量 随 水 吸 力 的 增 大 呈 现 出 先 增 大 后 减 小 的 趋 势 当 水 吸 力 在 0 25 kPa 时 各 处 理 的 煤 矸 石 基 质 的 比 水 容 量 迅 速 增 加 在 25 kPa 时 达 到 最 高 值 此 时 F1 F2 和 F5 的 比 水 容 量 分 别 较 CK 增 大 0 27 0 58 和 0 95 个 百 分 点 当 水 吸 力 在 25 200 kPa 时 煤 矸 石 基 质 的 比 水 容 量 迅 速 下 降 当 水 吸 力 在 200 800 kPa 时 比 水 容 量 随 水 吸 力 的 增 加 缓 慢 下 降 在 任 一 水 平 的 水 吸 力 下 添 加 了 粉 煤 灰 处 理 的 煤 矸 石 基 质 的 比 水 容 量 均 大 于 CK 并 且 随 着 添 加 量 的 增 加 而 逐 渐 增 大 2 9 西 北 农 林 科 技 大 学 学 报 自 然 科 学 版 第 51 卷图 2 添 加 粉 煤 灰 对 煤 矸 石 基 质 比 水 容 量 的 影 响 F i g 2 Ef f e c t o f add i ng f l y a sh on spe c i f i c wa t e r c apa c i t y o f c oa l gangue ma t r i x 2 3 添 加 粉 煤 灰 对 煤 矸 石 基 质 孔 隙 分 布 的 影 响 由 表 3 可 知 添 加 粉 煤 灰 改 变 了 煤 矸 石 基 质 的 孔 隙 分 布 情 况 当 量 孔 径 0 045 mm 的 孔 隙 占 比 以 CK 最 大 为 4 217 并 且 显 著 高 于 其 他 处 理 而 CK 当 量 孔 径 为 0 000 3 0 045 mm 的 孔 隙 占 比 则 显 著 低 于 其 他 处 理 随 着 粉 煤 灰 添 加 量 的 增 加 煤 矸 石 基 质 中 当 量 孔 径 0 045 mm 的 孔 隙 占 比 逐 渐 增 加 但 各 处 理 均 显 著 小 于 CK 其 中 F1 较 CK 减 小 2 047 个 百 分 点 F1 F2 和 F5 之 间 差 异 不 显 著 各 处 理 当 量 孔 径 为 0 005 0 045 mm 和 0 000 3 0 005 mm 的 孔 隙 占 比 较 CK 显 著 增 加 F1 F2 和 F5 分 别 较 CK 上 升 1 820 3 223 4 180 个 百 分 点 和 4 256 6 890 12 083 个 百 分 点 总 体 而 言 添 加 粉 煤 灰 可 以 减 少 煤 矸 石 基 质 的 大 孔 隙 比 例 增 加 中 小 孔 隙 比 例 表 3 添 加 粉 煤 灰 对 煤 矸 石 基 质 当 量 孔 径 分 布 的 影 响 Tab l e 3 Ef f e c t o f add i ng f l y a sh on d i s t r i bu t i on o f e qu i va l en t ape r t u r e o f c oa l gangue ma t r i x 处 理 Tr e a tmen t 孔 隙 占 比 Po r e p r opo r t i on 0 045 mm 0 005 0 045 mm 0 000 3 0 005 mm CK 4 217 a 9 880 d 6 467 d F1 2 170 b 11 700 c 10 723 c F2 2 173 b 13 103 b 13 357 b F5 2 537 b 14 060 a 18 550 a 2 4 添 加 粉 煤 灰 对 煤 矸 石 基 质 有 效 水 分 的 影 响 表 4 表 明 添 加 粉 煤 灰 显 著 提 高 了 煤 矸 石 基 质 的 田 间 持 水 量 F1 F2 和 F5 田 间 持 水 量 分 别 较 CK 显 著 提 高 3 42 4 76 和 9 96 个 百 分 点 施 用 粉 煤 灰 对 煤 矸 石 基 质 暂 时 和 永 久 萎 蔫 系 数 的 影 响 均 不 显 著 添 加 粉 煤 灰 对 煤 矸 石 基 质 的 有 效 水 分 产 生 了 不 同 程 度 的 影 响 F1 F2 和 F5 的 速 效 水 和 缓 效 水 含 量 分 别 较 CK 显 著 提 高 2 61 4 37 7 73 个 百 分 点 和 0 17 0 26 0 48 个 百 分 点 速 效 水 和 缓 效 水 之 和 即 为 有 效 水 F1 F2 和 F5 的 有 效 水 含 量 随 粉 煤 灰 用 量 的 增 加 而 增 加 分 别 较 CK 提 高 2 78 4 63 和 8 21 个 百 分 点 可 知 添 加 粉 煤 灰 提 高 了 煤 矸 石 基 质 的 有 效 持 水 能 力 表 4 添 加 粉 煤 灰 对 煤 矸 石 基 质 有 效 水 分 的 影 响 Tab l e 4 Ef f e c t o f add i ng f l y a sh on ava i l ab l e wa t e r o f c oa l gangue ma t r i x 处 理 Tr e a tmen t 田 间 持 水 量 F i e l d wa t e r ho l d i ng c apa c i t y 暂 时 萎 蔫 系 数 Tempo r a l wi l t i ng c oe f f i c i en t 永 久 萎 蔫 系 数 Pe rmanen t wi l t i ng c oe f f i c i en t 速 效 水 Rap i d ava i l ab l e wa t e r 缓 效 水 S l ow ava i l ab l e wa t e r 有 效 水 Ava i l ab l e wa t e r CK 25 15 c 13 68 a 12 73 a 11 46 d 0 95 c 12 41 d F1 28 57 b 14 50 a 13 38 a 14 07 c 1 12 b 15 19 c F2 29 91 b 14 08 a 12 87 a 15 83 b 1 21 b 17 04 b F5 35 11 a 15 92 a 14 49 a 19 19 a 1 43 a 20 62 a 3 讨 论 3 1 添 加 粉 煤 灰 对 煤 矸 石 基 质 持 水 性 能 的 影 响 土 壤 持 水 性 能 是 评 价 土 壤 涵 养 和 调 节 水 分 功 能 的 重 要 指 标 土 壤 水 分 特 征 曲 线 的 高 低 可 以 反 映 土 壤 持 水 性 能 的 强 弱 且 两 者 之 间 呈 正 相 关 即 曲 线 越 高 土 壤 持 水 性 能 越 强 23 本 研 究 发 现 随 着 粉 煤 灰 添 加 量 的 增 加 煤 矸 石 基 质 水 分 特 征 曲 线 的 Gandne r 模 型 拟 合 参 数 a 逐 渐 增 大 使 得 煤 矸 石 基 质 的 水 分 特 征 曲 线 升 高 煤 矸 石 基 质 的 持 水 性 能 也 得 到 了 提 升 这 与 前 人 的 研 究 结 果 一 致 24 26 其 原 因 是 添 加 粉 煤 灰 后 煤 矸 石 基 质 的 中 小 孔 隙 占 比 增 加 大 孔 隙 占 比 减 小 而 中 小 孔 隙 占 比 的 增 加 降 低 了 基 质 的 通 透 性 增 强 了 基 质 的 持 水 性 能 11 12 此 外 粉 煤 灰 中 含 有 S iO2 和 Al 2O3 可 与 土 壤 水 分 发 生 水 化 作 用 27 而 粉 煤 灰 添 加 量 的 增 加 进 一 步 增 强 3 9 第 10 期 韩 湘 等 添 加 粉 煤 灰 对 煤 矸 石 基
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