基于离散元方法的根土复合体冻融损伤数值模拟研究

本文基于离散元对冻融循环作用下根土复合体的力学特性进行研究。利用PFC软件，提出一种新的冻融损伤模拟方法，对黄土进行不同冻融循环次数下的模拟。利用此方法，黄土在不同循环次数下无侧限抗压强度的模拟结果和试验结果较为吻合，证明了此方法的可行性。之后建立根系模型，模拟根土复合体的UU三轴试验，并对根土复合体的数值模型进行参数标定。进一步探究根系角度对根土复合体强度的影响效应，并对不同冻融循环次数下根土复合体的强度特性进行数值模拟研究。研究结果表明:（1）所提出的冻融损伤模拟方法可以较好地模拟黄土在冻融循环作用下的劣化效应（2）根系的存在会提高土体的强度特性。在相同的冻融循环次数下，根土复合体的强度均高于素土，并且根土复合体的强度会随着冻融循环次数的增加先下降后趋于平缓。（3）根系倾角为90度时，对土体的强度提高效应最大，并且在冻融循环作用下，强度下降较低。根系倾角为0度，对土体的强度提高最小。研究结果为从细观角度探究根土复合体的冻融损伤机理提供新途径，并且可为寒区生态边坡工程建设提供指导意义。     

不同根系方位及径级下草本植物根土复合体抗剪强度试验研究

本文选取中国过渡带北侧山地土壤与莎草科植物(针薹草)开展植物根-土复合体抗剪强度试验研究,分析不同根系方位及径级下草本植物根-土复合体抗剪强度增强作用以及抗剪强度指标变化规律。试验结果表明：相同法向应力下, 根-土复合体试样的抗剪强度随着方位角度的增大而逐渐增加,且当方位角θ=90°时即垂直布根时,根-土复合体试样的抗剪强度达到最大;根-土复合体试样的抗剪强度随着径级的增加而逐渐增大;随着根系方位角的增加,根-土复合体试样的粘聚力逐渐增大;相同方位角时,随着根系径级的增加,根-土复合体试样的粘聚力亦逐渐增大;根-土复合体内摩擦角与根系径级和方位影响不大且规律性不明显。     

浅层滑坡中乔木直根阻滑效应及变形特性试验研究—平行双根

为探索乔木根系在浅层滑坡中的阻滑效应及变形特性,以自行设计加工的大型层叠式根土复合体直剪仪为基础,对海口地区橡胶树(乔木)直根进行了不同深度剪切面处的乔木根土复合体大型直剪试验,得到了不同剪切面处乔木根系的阻滑能力及变形特性。试验结果表明：对比相同推力作用下含根土和素土剪切盒位移发现根系的存在具有提高土体强度延缓破坏的能力,乔木根系的存在主要通过根土之间的摩擦力起到对土体的加筋作用来有效提高土体的强度。随着剪切深度的增大,根系的阻滑能力逐渐加大,但加筋率逐渐减小;靠近剪切面处的根系相对位移最大,随着距剪切面距离的增加根系位移逐渐减小;根系的变形说明根系有将剪切面上下土体连成整体共同承受剪力的作用且根系变形越大抵抗抗剪强度的能力越大。研究成果对于深入研究乔木直根在浅层滑坡中的阻滑及变形机理提供了试验依据,为更好的将植被根系的阻滑作用运用到浅层边坡治理中奠定了基础。     

浅层滑坡中乔木直根阻滑效应及变形特性的试验研究——平行双根

为探索乔木根系在浅层滑坡中的阻滑效应及变形特性,以自行设计加工的大型层叠式根土复合体直剪仪为基础,对海口地区橡胶树(乔木)直根进行了不同深度剪切面处的乔木根土复合体大型直剪试验,得到了不同剪切面处乔木根系的阻滑能力及变形特性。试验结果表明:对比相同推力作用下含根土和素土剪切盒位移,发现根系的存在具有提高土体强度,延缓破坏的能力,乔木根系的存在主要通过根土之间的摩擦力起到对土体的加筋作用来有效提高土体的强度。随着剪切深度的增大,根系的阻滑能力逐渐加大;但加筋率逐渐减小。靠近剪切面处的根系相对位移最大,随着距剪切面距离的增加根系位移逐渐减小。根系的变形说明根系有将剪切面上下土体连成整体共同承受剪力的作用,且根系变形越大抵抗抗剪强度的能力越大。研究成果对于深入研究乔木直根在浅层滑坡中的阻滑及变形机理提供了试验依据,为更好的将植被根系的阻滑作用运用到浅层边坡治理中奠定了基础。     

根土复合体抗剪强度试验研究

为研究植物根系的力学效应,分别对土体、芦竹和狗牙根两种植物的根—土复合体试样进行直接剪切试验,对比无根土体与含根系土体的抗剪强度指标,评价其强度效应.结果表明:(1)根—土复合体的抗剪强度随垂直压力的增大而呈线性增大,表明其抗剪强度与剪切面上的法向压力成正比,且符合库仑定律;(2)根 土复合体的黏聚力显著大于无根土的黏聚力,而内摩擦角的变化不显著.根据芦竹和狗牙根两种植物的根—土复合体强度,在护坡效果方面,芦竹优于狗牙根.     

考虑地震修正角的重力式挡土墙可靠性分析

强震区挡土墙结构的稳定问题备受关注,从重力式挡土墙抗倾覆和抗滑移可靠性分析角度出发,将地震作用视为计算墙后主动土压力时对土体重度和内摩擦角进行修正的参数——地震修正角θ.将θ与墙后土体的黏聚力c和内摩擦角φ作为随机变量,以此建立了考虑地震作用的挡土墙抗倾覆和抗滑移功能函数.通过蒙特卡罗法分别计算了考虑变量呈不同统计特性的挡土墙失效概率,研究变量统计特性对挡土墙抗倾覆和抗滑移可靠性的影响.结果表明:墙后土体c与φ的相关系数ρ_(cφ)逐渐增大时,挡土墙抗倾覆和抗滑移的失效概率相应增加,尤其是c与φ负相关时,挡土墙失效概率对ρ_(cφ)的变化更为敏感;将θ视为常数或忽略θ与c和φ的相关性时得出的失效概率偏小,会导致对挡土墙稳定性做出偏安全的估计;θ与c、φ的相关系数ρ_(θc)和ρ_(θφ)增大时,挡土墙的抗倾覆及抗滑移失效概率整体呈减小趋势;变量参数间相关性对挡土墙可靠性均有影响,其中ρ_(cφ)影响最敏感,ρ_(θc)次之,ρ_(θφ)影响最小.     

喀斯特自然土壤中AM真菌对先锋植物根系的影响

【目的】研究丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza，AM)真菌在喀斯特自然土壤条件下对喀斯特先锋草本植物根系的影响。【方法】通过自然土接种AM真菌(N)、灭菌土接种AM真菌(M)及灭菌土壤对照(S)共3种土壤处理，种植喀斯特先锋植物狗尾草(Setaria viridis)、荩草(Arthraxon hispidus)、鬼针草(Bidens pilosa)及狼杷草(Bidens tripartita)，并测定它们的根系生物量、根长、根表面积、根体积、根平均直径、根尖数及根分枝数。【结果】荩草、鬼针草及狼杷草在N处理及M处理下具有较高的菌根侵染率，狗尾草的菌根侵染率较低。与S处理相比，M处理下AM真菌明显提高了荩草、鬼针草及狼杷草的根系生物量、根长、根表面积、根体积、根尖数、根分枝数及组织密度，降低了根平均直径、比根长、比根面积及比根体积；与M处理相比，N处理明显降低了荩草、鬼针草及狼杷草的根系生物量、根长、根表面积、根体积、根尖数、根分枝数及组织密度，提高了比根长、比根面积及比根体积，但对根平均直径无明显影响。【结论】荩草、鬼针草及狼杷草具有较高菌根侵染率，能与AM真菌共生获得更加发达的根系，而自然土壤削弱了AM真菌对荩草、鬼针草及狼杷草根系生长的促进作用。     

木质素改良粉土基本工程特性试验研究

将工业副产品木质素应用于粉土改良.通过界限含水率、颗分、击实、无侧限抗压强度和电阻率等室内试验,对素土及掺木质素改良土的基本物理力学性质、p H值和电学特性等进行对比研究,明确改良土的基本工程特性变化规律和改良效果,并采用扫描电子显微镜(SEM)对土体微观结构变化进行对比分析,阐述了木质素与土体的相互作用机理.试验结果表明:木质素可有效改善粉土的颗粒级配,降低土体的塑性指数;改良后粉土的最大干密度增加,最佳含水率减小,同时干密度对含水率变化的敏感性增强;改良土的无侧限抗压强度优于素土,p H值低于10,龄期和含水率对强度影响显著,对p H值无明显影响;胶结物质填充孔隙并联结土颗粒,改良土微观结构更为稳定.这说明木质素可有效改善粉土的基本工程特性.     

香草醛缩4-氨基安替比林希夫碱的合成、晶体结构及其荧光性质

合成了香草醛缩4-氨基安替比林希夫碱,通过红外光谱仪、核磁共振仪、元素分析仪和单晶X-衍射仪对产物的结构进行了表征,并对其与几种金属离子作用时的荧光性质进行了分析.结果表明,该希夫碱晶体属单斜晶系,空间群为C-2yc,晶胞参数a=1.179 3 nm,b=1.697 8 nm,c=0.878 0 nm,α=90.00°,β=99.69°,γ=90.00°,V=1.733 nm³,Z=4,D_c=1.262 g/cm3,Z=4,D_c=1.262 g/cm³,μ=0.088 mm3,μ=0.088 mm^(-1),F(000)=693,ρ_(max)=173 e·nm(-1),F(000)=693,ρ_(max)=173 e·nm^(-3),ρ_(min)=-213 e·nm(-3),ρ_(min)=-213 e·nm^(-3).该希夫碱与金属离子作用后,在684 nm(λ_(max))处具有较强的荧光吸收,其中Cd(-3).该希夫碱与金属离子作用后,在684 nm(λ_(max))处具有较强的荧光吸收,其中Cd⁽²⁺⁾、Cu(2+)、Cu⁽²⁺⁾所产生的荧光增强效应显著.     

水泥砂浆固化土抗压强度特性试验

为论证水泥砂浆固化土工程应用的可行性,通过设置不同掺砂量、含水率、砂料粒径和养护龄期条件,对水泥砂浆固化土进行无侧限抗压强度试验.试验结果表明:(a)掺砂可提高水泥砂浆固化土的抗压强度,尤其是早期强度.一定水泥掺入比条件下,当掺砂量处于最优掺砂率(10％左右)时水泥砂浆固化土的强度特性改善幅度最大,掺砂量超过最优掺砂率后水泥砂浆固化土的抗压强度无显著提高.(b)水泥砂浆固化土的抗压强度随原料土含水率的增加而减小,当原料土的含水率较低或养护龄期较短时,水泥砂浆固化土的抗压强度下降幅度均较大,当含水率较高时水泥土掺砂难以达到预期的固化效果.(c)砂料粒径变化对水泥砂浆固化土的抗压强度影响较小,水泥砂浆固化土强度随着粒径的增大略有提高;砂料粒径变化对水泥砂浆固化土变形系数的影响较大,两者近似成正比关系,在实际工程中无需对砂料进行筛分而直接运用即可获得较好的处理效果.(d)水泥砂浆固化土无侧限抗压强度试验的破坏模式多为脆性张裂破坏和塑性剪切破坏.随着养护龄期的延长以及掺砂量的增加,脆性张裂破坏更为显著.     

改良粉砂土力学性能实验研究

为使作为路基填料的豫东粉砂土达到工程效果,对其进行改良实验.首先取开封地区粉砂土样筛分得到其基本物理性质,然后选定水泥、石灰及粉煤灰作为改良剂,设计正交实验方案,进行击实、直剪、无侧限抗压强度实验、动三轴实验.结果表明:(1)改良土的最佳含水率整体增大,最大干密度降低,并且当含水率大于最佳含水率时,干密度下降速率较缓,说明改良后的粉砂土效果较好;(2)改良土抗剪强度随着时间的推移而得到强化,且无论是7 d还是28 d,改良剂为6%水泥+7%石灰+2%粉煤灰配比的强度均大于其他3个配比;(3)改良后粉土的抗压强度随龄期而逐渐增加,7 d的抗压强度为素土的3.5倍左右,28 d抗压强度为素土的6.8～9.6倍;(4)含水率对改良粉砂土动力特性影响较大,当含水率由13.1%增加到18%时,累积塑性应变增大约91.0%,临界动应力与动强度均呈减小趋势,承载能力明显降低.     

石油污染土壤植物根际微生态环境与降解效应

利用大庆油田石油开采区的污染土壤作为供试土壤,选择紫花苜蓿和披碱草为供试植物,通过监测根系微生物活性、石油烃降解效率等指标,建立植物根际微生态环境生物和非生物因子之间的量化关系,揭示污染土壤石油烃降解效应和影响要素.研究结果表明,植物根系可改善污染土壤持水能力和微生物活性,与无根系土壤相比,提高含水率达10%. 植物根际微生物的数量高出1～2个数量级, FDA(荧光素双醋酸酯)活性高出0.29～0.36. 经过150 d的降解,植物根际油污土中石油烃的降解率比无根系土壤高 9.1%～15.5%. 污染土壤植物根际微生态环境对微生物活性具有诱导作用,有利于石油烃的降解和污染土层的生物修复.     

希土季铵盐络合物的研究(Ⅰ)——六硝酸合钕酸四丁基季铵的结构

本文报导了用新的合成路线合成的一系列硝酸合希土四丁基季铵盐的络合物。元素分析结果表明这类络合物可用[(C_4H_9)_4N]_xLn(NO_3)_y所表示,当Ln为La、Pr和Nd时,x=3,y=6;当Ln为Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu及Y时,x=2,y=5。 用四圆衍射仪测定了[(C_4H_9)_4N]_3Nd(NO_3)_6的晶体结构,用以代表轻希土的情况。[(C_4H_9)_4N]_3Nd(NO_3)_6属单斜晶系,空间群P2_(I/n),每一晶胞中有四个络合物分子。晶胞参数如下:a=16.896;b=23.059;c=17.443;β=90.58°,中心离子钕被来自六个硝酸根的十二个氧所配位。Nd-O键的平均长度为2.614。硝酸根排布在以Nd为中心的正八面体的六个顶角上,对位两两组成平面,它们之间的夹角接近90°。     

基于根系化学组成的抗拉力学特性分析

【目的】分析根系力学特性与化学组成的关系,揭示根系固土的机理,为边坡的生态修复预测及树种优化提供理论基础。【方法】以贵州省石漠化土层浅薄地区乡土树种火棘(Pyracantha fortuneana)和刺鼠李(Rhamnus dumetorum Schneid)为研究对象,通过对根系木质素、纤维素和半纤维素含量及根系抗拉特性的测定,结合根系横截面的表观形态分析,从更为微观的角度分析根系固土护坡机制。【结果】根系力学性质与根径间存在明显的尺寸效应,根径越大,极限抗拉力越大,极限抗拉强度和极限延伸率越小。随着根径的增加,纤维素和半纤维素含量呈增加趋势,木质素含量呈减小趋势。其中火棘木质素含量高于刺鼠李,纤维素含量低于刺鼠李。木质素含量越高,根系极限抗拉力和极限抗拉强度越大,纤维素和半纤维素含量越高,极限延伸率越小。纤维素、半纤维素和木质素在微观的化学结构上韧性和强度可能对根系宏观的力学特性有较大影响。根系在微观结构方面具有与木材一样的微观“多孔结构”,从而对根系产生一定的增韧作用。【结论】根系的木质素、纤维素和半纤维素均对根系的抗拉力学性能有一定影响,在一定程度上揭示了影响根系力学性质内在因素。     

两种植物生长调节剂对木槿插穗生根的影响

【目的】了解木槿扦插生根机制,探索植物生长调节剂萘乙酸(NAA)和吲哚丁酸(IBA)对木槿嫩枝扦插的影响,筛选提高木槿扦插成活的配方,为木槿扦插繁殖提供参考。【方法】以木槿1年生嫩枝为试验材料,采用3种质量浓度(100、300、600 mg/L)的NAA和IBA溶液处理插穗,以清水为对照(CK)进行完全随机区组扦插试验,对插穗解剖结构、生根性状和叶片生理指标进行观测,测定了插穗的生根率(RR)、根鲜质量(RFW)、根系TTC还原强度(RA)、TTC还原总量(TTC_RA)、平均根长(ARL)、根平均直径(RAD)、根表面积(SA)、根体积(RV)、根尖数(RT)、根长密度(RLD)、比根长(SRL)、叶绿素含量(Chl)和净光合速率(P_n)等。【结果】①显微观察发现,木槿不定根原基最先由位于插穗形成层和髓射线结合点处钝圆锥形的薄壁细胞群分裂分化而成,不定根发生后通过皮孔向外伸出;②与CK相比,300 mg/L的IBA处理下,木槿插穗的生根性状和生理指标中RR、RFW、RA、TTC_RA、ARL、RAD、SA、RV、RT和RLD分别增加了554%、527%、58%、892%、198%、50%、282%、457%、126%、198%,而SRL、Chl和P_n分别降低了52%、51%和82%;③相关性分析发现,木槿插穗叶片Chl、P_n与大部分根系指标呈负相关;④通过隶属函数法对各处理生根能力评价可知,IBA处理下插穗生根能力比NAA处理的高,300 mg/L的 IBA处理下生根能力最强。【结论】木槿插穗以皮部生根为主;木槿插穗生根过程中地上部分生长与地下部分生根存在竞争关系,两种植物生长调节剂能够促进木槿插穗地下部分生根,抑制地上部分生理性状;植物生长调节剂具有浓度阈值效应,300 mg/L IBA处理是促进木槿扦插生根最适宜的配方。     

2株真菌修复石油污染土壤及对植物幼苗生长的影响

从石油污染的盐碱土壤中分离出具有降解石油性能的两株真菌,将其制成混合菌剂.通过掺混一定比例的石油污染原状土盆栽实验,以石油烃降解率、土壤脱氢酶活性和土壤的微生物多样性等为指标,测定了不同培养时间内各指标的变化.实验结果表明:受试土壤的总石油烃含量为21 000 mg/kg的情况下,加入5%菌剂后第56 d,真菌降解石油的效率达33.13%.在水培条件下,设置两类处理,即单独种植植物(分别为紫花苜蓿、燕麦)、微生物分别与两种植物组合,以表征植物根系活力的根脱氢酶活性和表征叶片脂质过氧化的丙二醛(MDA)含量为指标,研究了真菌促进植物的生长的作用.结果表明:添加5%菌剂在一定程度上提高了植物的根系活力,明显促进了植物生长.     

盐碱混合胁迫对‘中山杉406’生长及光合特性的影响

【目的】研究不同浓度的盐碱混合胁迫对‘中山杉406’(Taxodium hybrid‘Zhongshanshan 406’)生长及光合特性的影响。【方法】采取室内土培法模拟沿海地区盐渍土的离子组分对‘中山杉406’进行盐碱混合胁迫,研究其株高、地径、鲜质量和干质量等生物量及光合色素、净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、胞间CO_2浓度(C_i)和光响应曲线等光合特性的响应。【结果】盐碱混合胁迫45 d后,供试的‘中山杉406’全部存活,3、5和8 g/kg盐碱处理组的中山杉株高、地径及根冠比均与CK无显著差异,但8 g/kg处理组的根和叶的生物量比CK组显著降低。盐碱混合胁迫对叶片光合色素含量没有显著影响,但显著降低了叶片P_n、T_r和G_s,而气孔限制值(L_s)、瞬时水分利用率(η_(WUE))和C_i无显著变化。盐碱混合胁迫下,光合-光强响应曲线表现出明显的光饱和限制,光补偿点(p_(LCP))维持在较低水平,5和8 g/kg处理组的光饱和点(p_(LSP))显著降低。‘中山杉406’在低于8g/kg的盐碱混合胁迫下均可成活,高于5 g/kg的盐碱混合胁迫显著降低了叶片净光合速率,非气孔限制因素是造成P_n下降的主要原因。【结论】盐碱混合胁迫下,‘中山杉406’可通过提高全日照弱光的利用率和维持水分利用率(WUE)来缓解盐碱混合胁迫对其光合作用的影响。可见,‘中山杉406’对盐碱混合胁迫有较强的适应能力,是适用于盐碱地治理和绿化的优良乔木。     

一种含多苯并咪唑配体的单核Zn(Ⅱ)配合物的合成、Hirshfeld表面分析和量化计算研究（英文）

以多苯并咪唑配体(NTB)和ZnCl_2为原料合成了一种新型单核金属配合物,[Zn(NTB)Cl]_2·(ZnCl_4)·4(CH_3OH),(1).对化合物(1)进行紫外、红外吸收光谱、CHN元素分析和X-射线单晶衍射表征,结果表明:该化合物在三斜晶系P-1空间群结晶,晶胞参数a=1.3874(2)nm,b=1.4095(1)nm,c=1.6214(2)nm;α=86.440(3)°,β=87.296(2)°,γ=70.699(3)°,V=2.9855(6)nm~3;吸收系数μ=1.520mm~(-1),计算密度ρ_c=1.504mg·m~(-3),晶格中电子数F(000)=1384,对于衍射强度I2σ(I)的9 770个可观测衍射点,残差因子R_1=0.0777,权重残差因子wR_2=0.2068.晶体中堆积中,来自于两个配位阳离子[Zn(NTB)Cl]~+的各两个N—H…O和一个N—H…Cl氢键,以及来自于4个溶剂甲醇的O—H…Cl氢键作用将晶体结构中的各个组成离子连接起来形成复杂的三维网络结构.通过Hirshfeld表面分析对分子间作用进行讨论,表明化合物中分子间作用力主要来自于N—H…O氢键.通过密度泛函理论(DFT)RB3LYP/6-31G(d)方法对晶体结构中一个[Zn(NTB)Cl]~+单元进行了理论优化,并对其分子轨道、自然键轨道、mulliken电荷布局进行分析.Hirshfeld表面分析化合物堆积作用主要来自于N—H…O/Cl、O—H…Cl氢键作用,自然键轨道分析表明NTB三个—CH_2—基团成键轨道与相邻的咪唑基的C—N反键轨道稳定化能较小,有利于配体形成Δ和Λ两周不同的空间构型,mulliken电荷布局表明三个苯并咪唑氮原子相连氢原子带有较强的正电荷(约0.28a.u.),有利于氢键的形成.     

西北的甘草——西北资源植物资料之一

甘草是一种重要的野生资源植物。它不但在医药上应用极广,而且在食品和轻工业上也获得了广泛的应用,同时也是品质中等的牧草。应深入研究,综合利用。甘草属植物我国共有9—10种。西北分布有7种,其中刺果甘草仅见于陕西渭河流域的滩地,故未加研究。本文只讲座了六张,即光甘草(Glycyrrhiza glabra),甜甘草(Glycyrrhiza ural-ensis),胀果甘草(G.inflata),黄甘草(G.sp.),粗毛甘草(G.aspera)和园果甘草(G.squamul-osa)。其中以甜甘草分布最广,药用价值最大。粗毛甘草仅见于新疆,常为田间杂草,可用作牧草。甘草是钙质土的指示植物,是暖温、温和的干燥、半干燥区域,草原,草原化草甸和荒漠草甸上的植物,也是一种喜光植物。它的分布也和一定盼温度及地下水位有关。甘草都是多年生草本植物,根蘖繁殖,有发达的地下根茎及根系。根茎有水分及垂直根茎之分。由于水平根茎在地下蔓延,重生新株,故甘草每多数丛集成一片。为了改善和恢复甘草天然植物群落,提高天然植物群落产量,应进行深入的生物学研究,藉以规定利角现有群落的利用制度和顺序,并给天然群落以农业技术上的帮助。此外,为了进一步提高甘草产量,合理利用荒地,变野生为家种,也应该进行甘草的引种栽培工作。