土壤失效形式在评估土壤的机械特性和耕作效果方面扮演着重要角色,过去的几十年里,在评价土壤和工具机械参数对土壤失效形式等的影响方面进行了大量的研究,尽管如此,对于土壤失效形式和土壤-工具参数方面的关系缺少圆满的解释。这主要是由于土壤成因的复杂性、纹理、独特的气候条件以及基于不同土壤的耕作制度等原因造成的。本研究基于可靠的实验数据作为依据,反映基于土壤含水量的合理取值,发现含水率对不同土壤及土壤失效形式的的影响并无直接关系,相反土壤的结持限可以作为定量土壤失效形式的可靠参数。本研究既包括实验室试验也有田间试验,实验室试验在室内土槽中进行,土槽装置安装在南京农业大学工学院的农业机械实验室,田间试验在江苏省南京农业大学所属的江浦农场进行。在实验室实验中,测量了旱地土和水稻土在粘限、塑限和液限及粘着点时的土壤失效形式和相应的切削力。在田间实验中,对在塑限和液限及粘着点处的土壤失效形式与土槽实验情况进行了对比。土壤失效形式的仿真模型用有限元方法进行了标定和验证,并与室内土槽及实地实验的结果进行了比较。在土槽实验和田间实验中,对遵循着不同失效形式的土壤结构进行了量化,以便研究最佳的土壤失效形式。本论文进一步研究了在临近最佳土壤失效形式时耕作的最佳含水量。不同试验的结果归结如下：1.在土壤失效形式或者拉力与结持界限之间存在直接联系。土壤在粘限发生脆性失效,切削引起的土壤失效发生在15。楔角及30mm切削深度,塑限时发生的小单元应变弯曲失效在30。和45。楔角及50mm和70mm切削深度,而流动失效与土壤液限相关。在粘着点时,流动失效发生在30mm切削深度和15。楔角,同时大面积弯曲的流动和流变应变发生在50mm和70mm切削深度及30。和45。楔角条件。70m切削深度和45。楔角条件的土壤弯曲变形明显。粘限、塑限和粘着点处的拉力在自然情况下表现出周期性,而液限处的土壤失效表现则相对多样化及并随切削位移表现为衰减的趋势。最大的拉力发生在塑限处,最小值则发生在液限处。同样质地的土壤失效形式会随着含水量、土壤类型和土壤颗粒尺寸分布的变化而变化,故结持限比单独的含水量水平更能够为土壤失效形式提供更清楚和准确的定义。2.在土槽试验和田间试验中土壤失效形式与土壤结持限之间存在直接联系。由于田地里作物残茬根系的存在,田间试验与土槽试验的结果并不十分吻合。有限元方法是模拟土壤失效形式的工具,然而模拟的结果与土槽试验结果的吻合度比田间试验好。土壤的物理和机械性质在切削失效、弯曲失效、流动失效和相当弯曲的流动失效后发生显著变化,但是失效形式的区别不显著,不同失效形式后的土壤结构对于好的耕层构造无益处。3旱地土壤土和水稻土相比,发生脆性失效后土壤的干容重、内聚力、内摩擦角和圆锥指数大幅降低；而经过剪切失效和弯曲失效后的这些参数仅轻微降低或保持不变。对于2种土壤而言,土壤的最大分形维出现在脆性失效之后,最小分型维发生在弯曲失效之后。同样地,最大比表面积出现在脆性失效之后,最小出现在弯曲失效后。这些结果表明对于旱地土壤和水稻土这两种土壤类型,脆性失效后的土壤结构优于切削形成失效或弯曲失效,这也表明由于耕作导致的土壤破碎在临近土壤粘限时的含水量对于确定耕作时的最佳含水量是重要的。4.旱地土壤和水稻土相比其在70%粘限时的分维最大,110%粘限时的分维最小。同样,两种土壤在70%粘限时的比表面积最大,110%粘限时最小,从合理耕作形成的苗床判断,最佳宜耕期含水量应在80%粘限(旱地土壤)和90%粘限(水稻土)。