夹竹桃根系力学性能研究

以护坡典型植物夹竹桃根系为对象进行室内抗拉试验,研究了根系直径与抗拉力和抗拉强度之间的关系。试验结果表明,单根夹竹桃极限抗拉力随着直径增大不断增大,根茎的抗拉强度随着直径的增大不断减小。根据数据采集时间和根系应变之间的关系,计算出根系弹性模量。证实夹竹桃根系与土体形成根土复合体能够改善土体的强度和变形特征,共同承担外界荷载,有效提高边坡土体抗冲刷和抗侵蚀能力。     

夹竹桃根系力学性能的实验研究

以护坡典型植物夹竹桃根系为对象进行室内抗拉试验,研究了根系直径与抗拉力和抗拉强度之间的关系。试验结果表明,单根夹竹桃极限抗拉力随着直径增大不断增大,根茎的抗拉强度随着直径的增大不断减小;根据数据采集时间和根系应变之间的关系,计算出根系弹性模量;证实夹竹桃根系与土体形成根土复合体能够改善土体的强度和变形特征,共同承担外界荷载,有效提高边坡土体抗冲刷和抗侵蚀能力。     

生态护坡中桉树根系的固土效果试验研究

目的研究生态护坡中植物根系在土体中的加固方法和原理。方法通过土样的含水量测定试验、直剪试验和现场抗拉试验,建立了桉树林地土壤含水量与抗剪强度指标以及根系直径与根系最大抗拉强度和最大抗拉力之间的关系。结果土体抗剪强度参数值均随着土壤含水量的增加而减小,根系最大抗拉强度随着根系直径的增加呈现增加的趋势,最大抗拉力随着根系直径的增加呈现出减小的趋势,而植被根系的最大抗拉拔力与根土之间的静摩擦系数、根的直径、埋深和根周围土体的重度有关。结论根系最大抗拉强度与根系直径两者之间符合指数函数关系,最大抗拉力与根系直径两者之间符合正相关关系,植被根系越粗埋深越大,周围土体越密实则其最大抗拉力就越大。     

护坡植物根系分布特征及抗拉强度研究

为研究植物根系固土护坡的力学机理,以芦竹(Arundo donax)、狗牙根(Cynodon dactylon)和早熟禾(Poa annua)为研究对象,对它们的根系分布特征及抗拉特性进行研究。结果表明,在根系分布特征方面,随着土层深度的增加,3种植物的根系数量逐渐减小,并且大部分集中在土层的上表面。数据拟合表明,采用幂函数模型能较好反映根系的空间分布;在根系抗拉特性方面,3种植物根系均表现出一定的抗拉能力,根系抗拉力与根径呈幂函数正相关关系,随根径增大而增大,3种植物按根系抗拉力由大到小依次排列为:芦竹、狗牙根、早熟禾;根系抗拉强度与根径呈幂函数负相关关系,随根径增大而减小。     

热水河小流域香薷根系力学性能分析

探究植被根系力学性能,对于山区小流域滑坡、泥石流等地质灾害防治过程中如何评估植被护坡性能具有重要意义。以四川省凉山彝族自治州喜德县境内热水河小流域的常见植物香薷为研究对象,对其进行原位拉拔试验与室内单根拉伸试验以获取其根系力学性能指标,并采用灰色关联分析法研究了香薷根幅、根长、地径、冠幅、株高与其原位抗拔力的关联性,分析了香薷单根根径、根长、根系含水条件对其室内单根抗拉力的影响。结果表明：（1）香薷不同生长量指标与其原位抗拔力的关联度由大到小依次为根幅、根长、地径、冠幅和株高,换言之,由香薷地下生长量指标（根幅与根长）表征香薷原位抗拔力效果更好;（2）香薷室内单根抗拉力与根径之间关系呈现正相关;香薷自然根系和浸泡根系的平均抗拉强度随根长增长总体呈现降低趋势,而干燥根系情况正好相反;香薷根系平均抗拉强度随根系含水率降低总体呈现增大趋势。上述研究结果可为热水河等山区小流域植被生态护坡和水土保持研究提供一定参考。     

多花木兰根系抗拉特性及边坡稳定性分析

以护坡典型植物多花木兰根系为对象进行室内抗拉试验;在假定滑动面平行于坡面的前提下,推导生态护坡中坡体稳定系数的计算公式;研究不同坡度下根系的抗拉力、抗拉强度、弹性模量及边坡的稳定性.研究表明:多花木兰根系抗拉力随着直径的增大呈幂函数增加;根系抗拉强度为21.15~76.08MPa,随着直径的增加呈幂函数减小;坡度越大,同一直径根系的抗拉力与抗拉强度越大.多花木兰根系弹性模量为0.64~2.33GPa,随着直径的增加其弹性模量逐渐减小;根系直径为1.2~2.2mm时,弹性模量减小的幅度大,其他区间减小的幅度较小.坡体的稳定系数与根系的抗拉力呈正相关关系,与边坡的坡度呈负相关关系,并受根的生长方向和密度、植物的种植密度以及原状土的性质等影响.坡体的稳定系数随根系直径的增加呈线性增加.     

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。     

紫花苜蓿根系-砂土复合体力学特性

为探究紫花苜蓿根系对砂性土的增强作用,以黄土为基础土料,河砂为改性土料,将改性土料加入基础土料中,制备含砂质量百分比为0%,20%,40%,60%的紫花苜蓿根系-砂土复合体;通过根系拉伸试验,得到根系抗拉强度;通过直剪试验,得到不同含砂量和根系面积比(根系横截面积A_R与土体横截面积A的比值)的根土复合体抗剪强度参数;采用电子放大镜对紫花苜蓿根系、根土复合体及剪切后试样进行观察,分析根系与土体的结构和特征。结果表明：随着紫花苜蓿根径的增大,抗拉强度呈指数降低;随着含砂量的增加,根土复合体黏聚力呈现先增大后减小的趋势;随着根系面积比的增加,根土复合体黏聚力逐渐增大;以根系抗拉强度和根系面积比的乘积为自变量,实测的抗剪强度增量为因变量,进行线性拟合得到K值,在含砂量为0%,20%,40%,60%下的K值分别为0.38,0.56,0.2,0.09;当根土复合体受到剪切力时,根系所受到的拉应力可转变为增强剪切面的摩擦力和抵抗土体变形的剪应力,提高了根土复合体抗剪强度。研究结果对矿山生态修复中的土体重构工作提供理论依据。     

循环荷载对小叶锦鸡儿根系力学特性的影响

为了探究干旱、半干旱生态脆弱区植被根系承受循环荷载后的固土效能,以1.00≤d≤4.00 mm径级范围内的小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)直根段为对象,采用TY8000伺服式强力机研究承受50次循环荷载后的根系抗拉力学特性. 结果表明:1.00≤d≤2.00、2.00 < d≤3.00和3.00 < d≤4.00 mm直根段承受单次荷载极限力30%的循环荷载后,极限力分别为(134.42±14.17)、(285.24±27.65)、(420.24±27.36) N,较单次荷载分别增加了48.20%、42.71%、29.07%;承受单次荷载极限力70%的循环荷载后,极限力分别为(70.53±10.3)、(155.15±21.04)、(287.84±22.65) N,较单次荷载分别减少了22.23%、22.37%和11.58%. 承受循环荷载后,各径级抗拉力及抗拉强度与单次荷载的差异具有统计学意义(P < 0.05). 试验根极限抗拉力和极限抗拉强度与其直径分别呈幂函数正相关、负相关,说明适度的循环荷载会对根系固土能力有促进作用,过度循环荷载会对根系造成损伤,降低其抗拉特性. 灰色关联分析发现:直径、加载次数、加载速度均对根系力学特性产生影响.     

中亚热带优势灌木根系对土壤抗剪切力的影响

在浙江南部的山体滑坡、泥石流易发区,对中亚热带常绿阔叶林中3种优势灌木植物(檵木、麂角杜鹃和香港黄檀)根系进行野外和室内剪切测试,探讨了灌木植物根系增强土壤抗剪切强度的作用。结果表明:须根相对丰富的植物能明显提高表层土壤的抗剪强度;根系抗拉力和抗剪力均与根径呈幂函数正相关关系;檵木和麂角杜鹃根系抗拉强度与根径呈幂函数负相关关系,而香港黄檀根系抗拉强度与根径无明显相关性;细根或比粗根更有利于土壤加固和抗剪强度的提高。     

生态防护中植物根系的固坡性能研究

生态防护主要是利用植物根系来达到固坡和防护的目的,以植物根系分布特征和固坡机理分析为基础,通过土工直剪试验,系统研究了根-土复合体的抗剪强度,并分析了根系密度对的抗剪强度的影响.研究结果表明草本植物根系的90%集中分布在距地表0~30 cm的土层内;根-土复合体的抗剪性能与根系的抗拉强度和根的面积比率有关;而且随正应力的增大而增大,近似呈线性关系,较无根系土的黏聚力增加一倍多,根系对土体抗剪强度的提高主要是由黏聚力的增大来实现的;根系密度对根-土复合体抗剪强度有明显影响,根-土复合体抗剪强度增量与根系密度之间具有良好的二次多项式的相关关系.     

堆体边坡根土复合体抗剪强度试验研究

经生态修复的堆体边坡多位于城镇生态涵养带和水源保护区,在降雨侵蚀作用下坡体浅层失稳现象严重,不同类型植被根系对土体强度指标影响的定量化是亟待解决的问题之一。以伊洛河流域粉黏土堆体边坡为例,量测单位样方内狗牙根及沙棘的植株高度、植株密度,调查土层深度20~30 cm、直径0.0~1.0 mm的狗牙根根系,调查深度40~50 cm、直径1.0~2.0 mm的沙棘根系,测量整理根长量、根体积、根系密度,确定加入土体中的根系直径及重量,测取各覆被条件下土样常规物理力学指标,采用GDS三轴试验仪对重塑根土试样开展一系列不固结不排水三轴试验,分析试样破坏荷载、根系强度影响系数、抗剪强度指标增长率。试验结果显示:相同围压下各根土复合试样破坏荷载均大于素土试样破坏荷载,狗牙根土试样、沙棘根土试样、狗牙根沙棘根土试样的破坏荷载约是素土试样破坏荷载的倍数依次为1.29~1.35倍、4.52~4.79倍、4.68~4.95倍;狗牙根根系强度影响系数随着围压的增大而减小,而含有沙棘根系试样的根系强度影响系数随着围压的增大而增大;含根系土试样的抗剪强度包络线均位于素土试样抗剪强度包络线上方,狗牙根根系对土体抗剪强度指标的改善主要体现在黏聚力上,而含沙棘根系土试样的黏聚力与内摩擦角均有相对更大幅度的提高;狗牙根土试样黏聚力增长率为35.63%、内摩擦角增长率为16.24%,沙棘根土试样黏聚力增长率为219.13%、内摩擦角增长率为254.02%,狗牙根沙棘混合土试样黏聚力增长率为224.88%、内摩擦角增长率为261.64%。不同类型根系对土体强度的贡献值是不同的,沙棘根系大于狗牙根根系。     

松散斜坡上刺槐根系分布特征及其抗拉实验

研究了生长于陡坡上的刺槐根系在土体中的分布规律及其单根抗拉强度.结果表明:在研究区特殊的生境影响下,随着深度的增加(0～50 cm)和树位的不同,刺槐根系中毛细根和细跟的分布表现出不同的变化特征.根系抗拉力随着直径的增大而增大,分布规律表现出明显的指数特征,最大峰值拉力达1 461 N,根系最大抗拉强度达72.20 MPa,并且随着直径的增加表现出一定的降低趋势.生境对于刺槐根系的分布和抗拉性能产生了较大的影响.刺槐能够在无灌溉条件下正常生长,是本区域控制松散堆积物侵蚀或运移的理想树种之一.     

刺槐根土复合体抗剪强度试验

植被边坡的稳定性与其根土复合体的抗剪强度密切相关，其主要受根系作用与水分作用的影响。通过直剪试验和SWCC试验获取了含根量和含水率与抗剪强度及其指标的关系，推导出根土复合体的强度计算模型。结果表明：刺槐根系能显著增强土体抗剪强度，黏聚力随含根量的增加先增大后趋于平缓，内摩擦角随含根量的增加有所增大，但增长幅度较小；抗剪强度随含水率的增大迅速降低，黏聚力与内摩擦角变化趋势与抗剪强度一致，内摩擦角变化幅度较小；含根量与含水率对土体抗剪强度的影响均体现在黏聚力的变化上；将根土复合体视为含根非饱和土，推导出根土复合体强度计算模型，强度模型的计算值与试验实测值较为接近，对于根土复合体的强度计算有一定的参考价值。     

低磷胁迫下杉木无性系根系形态及养分利用响应研究

【目的】研究不同杉木无性系苗木在低磷胁迫下的根系形态和养分利用特征,为提高杉木养分利用效率的遗传改良提供参考。【方法】以5个杉木无性系组培苗为材料,采用土壤盆栽实验,设置缺磷(PO, KH₂PO₄ 0 mmol/L)和正常供磷(PN, KH₂PO₄ 1.0 mmol/L)两种改良Hoagland营养液进行浇灌处理,培养60 d后测定其生物量(根、茎、叶)、根系形态参数及其养分(磷、氮、钾、钙、镁)累积量和利用效率。【结果】①随施磷水平的变化,杉木无性系的干物质质量和根系形态指标显示出极显著的基因型效应差异。②缺磷处理使杉木无性系的根、茎、叶和整株干物质质量分别减少20.06%、20.68%、14.07%和16.78%,根冠比则增加,总根长、总根表面积、总根体积分别增加17.31%、17.69%、24.77%,根平均直径减少8.22%,细根比例显著提高。③缺磷使杉木无性系整株磷累积量减少17.91%,而磷利用效率呈上升趋势,同时磷在根系中的含量降低16.35%,但茎、叶中的含量在处理间差异不显著; 缺磷还使整株对钾的累积量减少27.58%,钙和氮分别减少18.56%和14.95%,镁减少12.85%。④经主成分分析发现,杉木无性系植株的粗根长、细根长、根冠比、根干物质质量与低磷胁迫响应密切; 回归分析显示,细根量对植株的磷吸收量有显著正向效应。【结论】杉木无性系根系形态指标随施磷水平变化呈极显著的基因型效应差异,缺磷胁迫使苗木地上部干物质质量减少,根平均直径减少,细根比例增大,根冠比增大,根系趋向于磷高效吸收的根构型转变,进而提高对低磷胁迫的遗传适应性。     

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.     

石灰掺量对分散性土工程性质的时效影响分析

为研究不同石灰掺量和龄期对新疆某地分散性土长期力学性能的影响,通过改性研究和力学性质试验,探讨不同石灰掺量和龄期下改性土的变形与强度变化规律。结果表明：随石灰掺量增加,分散性抑制效果越好,最大干密度逐渐降低,内摩擦角增大,黏聚力和无侧限抗压强度先增大后减小,压缩系数先减小后增大,最后趋于稳定;随龄期延长,压缩系数减小,黏聚力、内摩擦角和无侧限抗压强度增大。当石灰掺量为3%时,分散性土改性为非分散性土,无侧限抗压强度达到峰值,龄期为3d、28d时,其强度提高48.24%、252.74%;当掺量为5%时,黏聚力取得极大值,龄期3d和28d的改性土黏聚力分别增加14.67%、50.05%。龄期越长,强度越高,改性土越脆,适应变形能力减弱。     

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。     

液压缓冲滑车碰撞试验力学建模及数值分析

以液压缓冲滑车碰撞试验装置为研究对象,应用有关力学和流体力学理论,对碰撞过程中滑车和液压缸活塞的受力、运动以及液压缸的压力变化进行了分析。根据能量守恒原理,构建了滑车碰撞过程的力学模型和能量守恒模型,采用离散求解方法,对所建立的模型实现了数值求解。针对某一具体算例,深入研究了滑车质量、初始碰撞速度、阻尼孔直径等参数对碰撞过程的性能影响,得到了一系列规律性的曲线。结果表明:滑车的加速度随初始碰撞速度、阻尼孔长度增大而增大,随滑车质量、阻尼孔间距的增大而减小;碰撞过程中,滑车质量越大,滑车速度降低得越慢;阻尼孔长度越大、阻尼孔直径越小,速度变化得越快;滑车位移随滑车质量、初始碰撞速度、阻尼孔间距、阻尼孔直径的增大而增大,随阻尼孔长度的增大而减小。     

干湿循环条件下水泥改良泥质板岩粗粒土的静力特性试验研究

为研究水泥改良泥质板岩粗粒土静力性质的干湿循环效应,首先,使标准养护龄期达到28 d以上的试样经受干湿循环作用,然后,该试样开展大型三轴压缩试验。通过试验得到改良土样的轴向最大应力差、内摩擦角、黏聚力和弹性模量等力学参数随干湿循环次数变化的规律,并分析围压和养护龄期对这些变化规律的影响。研究结果表明:随着干湿循环作用次数增加,轴向最大应力差、内摩擦角、黏聚力和弹性模量等力学参数均有所衰减,但衰减到一定程度后逐渐趋于稳定,其中,内摩擦角的衰减幅度最小;轴向最大应力差和弹性模量的衰减幅度均随围压的增大而减小;随着养护龄期增大,轴向最大应力差和黏聚力的衰减幅度均减小,但养护龄期对弹性模量和内摩擦角的衰减幅度影响不大。