考虑根系形态分布的固土模型优化研究

发布时间：2020-11-20 05:53

　　 边坡失稳和水土流失是常见的地质灾害,其结果往往导致严重的经济和社会损害,植被是维持生态平衡的重要因素,植被覆盖降低了边坡失稳和侵蚀的风险。因此,研究不同根系构型对根-土复合体强度的影响规律,揭示根系固坡机理,建立根系固土模型,具有重要的理论意义和工程应用价值。论文依托国家自然科学青年基金项目“基于根系构型定向调控的植物边坡固土机理研究”(项目编号:51608545),通过理论分析研究和试验研究相结合的方法,对香根草根系形态特征、根系抗拉强度与含根土体强度等方面进行了深入的研究,主要的研究成果如下:(1)通过获取不同生长期香根草根系的形态参数,总结了不同根系形态参数随生长期的变化规律,香根草根系的数量和根长随生长期均呈指数型增长,横向延伸宽度和根系干重随生长期在一定范围内呈线性增长,根系直径基本不随生长期的延长而发生变化。(2)通过在香根草种植区进行现场拉拔试验和采集香根草根系进行室内拉伸试验,得到了香根草根系的抗拉拔强度以及拉伸时的应力应变关系。试验结果表明:香根草根系拉伸应力应变关系表现为弹塑性,且抗拉强度随着直径的增大而减小,其弹性模量最大可达750MPa。(3)通过对不同须根含量下的重塑含根土进行三轴试验研究,验证了在一定含水率下,随着须根含量的增加,根-土复合体的剪切强度不断增大,粘聚力也不断增大。香根草须根体积含量为0.18%时,根-土复合体的粘聚力值相对未加筋土增加了69.6%,内摩擦角值增加了 13.5%。(4)建立了考虑根土相互作用的二元本构模型。二元模型能够较好的体现根-土复合体三轴剪切的应力应变关系,并且可以根据根系体积含量与分布函数较好的预测根-土复合体的模量和强度值。(5)通过对不同根系形态下的重塑含根土进行直剪试验研究,探明了不同根系生长形态下根-土复合体的抗剪强度特性,建立了考虑根系空间分布角度的土体抗剪强度的关系表达式,阐明了不同分布形态的根系影响边坡稳定的规律。在边坡土体发生剪切时,只有根系受拉才能够发挥其加筋作用以抵抗土体的下滑力。
【学位单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU43
【部分图文】：

以描述根系的生长构型需要综合考虑各种参数，从而体现根的生长形态、布和结构特点。现将最常用的描述根构型的参数列在表２．１当中。??表２．１常用的根系构型参数???Ｔａｂ?２．１?Ｒｏｏｔ?ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ根系构型参数?符号（单位）?定义??根系长度?Ｌ?（ｍ）?根自然生长状态下的原始长度??根系直径?Ｄ?（ｍｍ）?根自然生长状态下的平均直径??分叉节点数?Ｎ?根系分叉的节点个数??分支角度?（°）?主根与分支根之间的夹角??根系倾角?（°）?根与水平面之间的夹角??根截面面积?ＣＡＲ?（ｃｍ２）?平面内某区域根的总截面面积??根土面积比?ＲＡＲ?单位面积根－土复合体中根的横截面积??根系密度?ＲＤ?（ｋｇ／ｍ３）?单位体积土中根的干重??

对于草本植物茎和根都较为粗大，木质成分较多；而草本植物根茎较为纤细，且??有大量的须根成分。根据植物根系不同的生长构型可以将其进行多种分类，Ｙｅｎ，??Ｃ．Ｐ依据根的分支模式将根系分为五种［２９］，如图２．１所示。其中Ｈ－ｔｙｐｅ以水平根??为主，Ｖ－ｔｙｐｅ以垂直根为主，ＶＨ－ｔｙｐｅ既有较长的垂直根又有丰富的水平根，Ｒ型??以侧根为主且有明显的主根，Ｍ型侧根根系发达且无明显的主根。这种分类方式??主要针对根径较粗且分支较为明显的木本植物。??对于草本植物而言，植物学中将其简单的分为直根系与须根系两类，如图２．２??所示。直根系植物根系通常由主根、侧根和须根组成，主根由种子的胚根生长而??来，侧根根据分枝级数进一步分为二级侧根、三级侧根等，从而构成全部根系。??直根系植物具有一根明显优于其它根的主根，并且有极明显的向地性，侧根则相??对偏短、偏细，在主根周围成一定角度的长出，整个根系形成了一种主根向重力??方向生长

２．?２．１香根草模型箱试验??香根草分两次种植于模型箱中，第一次种植时间为２０１７年３月份，种植于木??质边坡模型箱内，如图２．３?（ａ）；第二次种植时间为２０１８年３月份，种植于有机??玻璃质边坡模型箱内，如图２．３?（ｂ）。香根草幼苗由多年生香根草根系分蘖而来，??分蘖后的根系长度、根系数量近似相同。种植初期施加少量的氮肥并保证种植后??半个月内每天浇水，进而加快根系的发育和茎叶的生长。??（ａ）种植于１７年３月?（ｂ）种植于１８年３月??图２．３香根草的种植??Ｆｉｇ?２．３?Ｔｈｅ?ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｖｅｔｉｖｅｒ?ｇｒａｓｓ??１２??
【参考文献】

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本文编号：2891048