基于渐近均匀化理论的植物根系固土效果分析
发布时间：2021-02-24 05:26
植被根系会与土壤颗粒紧密结合,构成具有一定空间异构性的天然复合材料,不仅能有效减少径流对坡面的冲蚀,防止土壤资源流失,还改善了当地水文资源条件。已有诸多研究对植物根系的力学特性以及固持土壤、提高堆积体安全系数能力进行了分析,但根系与土壤的耦合机制（本构关系）搭建尚需进一步探索。现有理论多停留对单根或单个根束阶段,缺少精度高、实用强的仿真建模方法,难以估算大量根系对土壤的加固效果,普遍存在着理论结果与试验数值相差较大的现象。本文以山西省吉县地区数种抗旱优势灌草、乔木作为研究对象,发现其根系不仅具有竖向纵深生长的特性,许多植物的竖向根在坡体剖面中呈现出均匀排布状态,形成了具有周期性分布的长纤维复合材料。基于该现状,本文基于周期性结构与均匀化理论,参照钢筋、混凝土的仿真技术,选取根土复合体的仿真模型横截面作为该复合材料本构关系模型,通过该“单胞”模型和数值仿真运算得到根系对土壤的增益效果。为进一步验证该“单胞”模型数值运算结果的准确性,使复合体中的根系符合周期性排布。以山西试验地所采集的刺槐根、侧柏根、油松根及当地黄土进行三轴试验,将参数带入“单胞”模型中与仿真数据进行对比,证实了该方法具有...
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 研究背景和意义
1.2 研究进展及现状
1.2.1 植物护坡研究进展及现状
1.2.2 根系固土理论与模型的研究进展及现状
1.2.3 研究问题的提出
2 研究内容与研究区概况
2.1 研究内容
2.1.1 均匀化理论及其在根系固土中的应用
2.1.2 技术路线及说明
2.2 研究区概况
3 研究方法
3.1 均匀化理论与周期结构理论
3.1.1 控制方程
3.1.2 等效刚度求解与三维本构关系
3.2 边坡的有限元模拟
3.2.1 草本根系边坡模型
3.2.2 乔木根系边坡模型
3.3 三轴试验方法
4 黄土高原草本植物根系固土效果分析
4.1 方法验证与本构关系计算
4.2 有限元模型仿真结果和分析
4.2.1 边坡应力分布
4.2.2 边坡安全系数分析
4.3 小结与讨论
5 黄土高原乔木根系固土效果分析
5.1 根土复合体等效参数的影响规律
5.2 三轴压缩试验结果与分析
5.2.1 不同饱和度下粘聚力、内摩擦角及残余强度的变化
5.2.2 不同根径对油松根土复合体强度的影响
5.2.3 不同根系（油松、刺槐、侧柏）对复合土体强度的影响
5.2.4 主应力差和轴向应变曲线
5.3 根土复合体等效弹性参数的试验与理论对比
5.4 乔木植被根系固土效果数值分析
5.4.1 本构关系计算
5.4.2 有限元模型仿真结果和分析
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
个人简介
导师简介
校外导师简介
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]公路边坡喷播绿化初期根系特征及其对抗剪强度的影响[J]. 张晓航,杨建英,赵惠恩,朱立娟,张森. 生态学杂志. 2019(05)
[2]根系分布方式对根-土复合体抗剪强度的影响[J]. 陈终达,肖宏彬,张春晓,李珍玉,曾娟娟,何彬,谢佳佑. 中南林业科技大学学报. 2016(08)
[3]根土复合体的抗剪特性研究[J]. 吕春娟,陈丽华,陈卫国,毕如田. 灌溉排水学报. 2016(03)
[4]植物根系固土作用模型研究进展[J]. 田佳,曹兵,及金楠. 中国农学通报. 2015(21)
[5]根系固土主导力学因素与差异性评价[J]. 刘福全,刘静,姚喜军,张永亮,苑淑娟. 生态学报. 2015(19)
[6]油松根系的固土力学机制[J]. 曹云生,陈丽华,盖小刚,刘小光,李长暄. 水土保持通报. 2014(05)
[7]根系主要成分含量对根系固土效能的影响[J]. 朱锦奇,王云琦,王玉杰,张会兰,白雪琪,李云鹏,刘勇. 水土保持通报. 2014(03)
[8]基于试验与模型的根系增强抗剪强度分析[J]. 朱锦奇,王云琦,王玉杰,张会兰,李云鹏,刘勇. 岩土力学. 2014(02)
[9]寒旱环境灌木植物根–土复合体强度模型试验研究[J]. 余芹芹,胡夏嵩,李国荣,乔娜,卢海静,付江涛,李华坦. 岩石力学与工程学报. 2013(05)
[10]根系生态护坡的有限元分析[J]. 肖本林,罗寿龙,陈军,邓友生,郑建强. 岩土力学. 2011(06)
博士论文
[1]白龙江流域泥石流沟刺槐林固土抗蚀力学作用及模拟研究[D]. 王思源.兰州大学 2017
[2]黄土丘陵区植物根系强化土壤抗冲性机理及固土效应[D]. 李强.中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心） 2014
[3]基于植被根系分布形态的生态边坡稳定性研究[D]. 嵇晓雷.南京林业大学 2013
[4]应用于植被护坡两种岩生植物土壤植被系统（SVS）研究[D]. 李西.四川农业大学 2004
硕士论文
[1]根系固土作用及植物护坡稳定性研究[D]. 宋庆丰.西南交通大学 2008
本文编号：3048862
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 研究背景和意义
1.2 研究进展及现状
1.2.1 植物护坡研究进展及现状
1.2.2 根系固土理论与模型的研究进展及现状
1.2.3 研究问题的提出
2 研究内容与研究区概况
2.1 研究内容
2.1.1 均匀化理论及其在根系固土中的应用
2.1.2 技术路线及说明
2.2 研究区概况
3 研究方法
3.1 均匀化理论与周期结构理论
3.1.1 控制方程
3.1.2 等效刚度求解与三维本构关系
3.2 边坡的有限元模拟
3.2.1 草本根系边坡模型
3.2.2 乔木根系边坡模型
3.3 三轴试验方法
4 黄土高原草本植物根系固土效果分析
4.1 方法验证与本构关系计算
4.2 有限元模型仿真结果和分析
4.2.1 边坡应力分布
4.2.2 边坡安全系数分析
4.3 小结与讨论
5 黄土高原乔木根系固土效果分析
5.1 根土复合体等效参数的影响规律
5.2 三轴压缩试验结果与分析
5.2.1 不同饱和度下粘聚力、内摩擦角及残余强度的变化
5.2.2 不同根径对油松根土复合体强度的影响
5.2.3 不同根系（油松、刺槐、侧柏）对复合土体强度的影响
5.2.4 主应力差和轴向应变曲线
5.3 根土复合体等效弹性参数的试验与理论对比
5.4 乔木植被根系固土效果数值分析
5.4.1 本构关系计算
5.4.2 有限元模型仿真结果和分析
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
个人简介
导师简介
校外导师简介
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]公路边坡喷播绿化初期根系特征及其对抗剪强度的影响[J]. 张晓航,杨建英,赵惠恩,朱立娟,张森. 生态学杂志. 2019(05)
[2]根系分布方式对根-土复合体抗剪强度的影响[J]. 陈终达,肖宏彬,张春晓,李珍玉,曾娟娟,何彬,谢佳佑. 中南林业科技大学学报. 2016(08)
[3]根土复合体的抗剪特性研究[J]. 吕春娟,陈丽华,陈卫国,毕如田. 灌溉排水学报. 2016(03)
[4]植物根系固土作用模型研究进展[J]. 田佳,曹兵,及金楠. 中国农学通报. 2015(21)
[5]根系固土主导力学因素与差异性评价[J]. 刘福全,刘静,姚喜军,张永亮,苑淑娟. 生态学报. 2015(19)
[6]油松根系的固土力学机制[J]. 曹云生,陈丽华,盖小刚,刘小光,李长暄. 水土保持通报. 2014(05)
[7]根系主要成分含量对根系固土效能的影响[J]. 朱锦奇,王云琦,王玉杰,张会兰,白雪琪,李云鹏,刘勇. 水土保持通报. 2014(03)
[8]基于试验与模型的根系增强抗剪强度分析[J]. 朱锦奇,王云琦,王玉杰,张会兰,李云鹏,刘勇. 岩土力学. 2014(02)
[9]寒旱环境灌木植物根–土复合体强度模型试验研究[J]. 余芹芹,胡夏嵩,李国荣,乔娜,卢海静,付江涛,李华坦. 岩石力学与工程学报. 2013(05)
[10]根系生态护坡的有限元分析[J]. 肖本林,罗寿龙,陈军,邓友生,郑建强. 岩土力学. 2011(06)
博士论文
[1]白龙江流域泥石流沟刺槐林固土抗蚀力学作用及模拟研究[D]. 王思源.兰州大学 2017
[2]黄土丘陵区植物根系强化土壤抗冲性机理及固土效应[D]. 李强.中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心） 2014
[3]基于植被根系分布形态的生态边坡稳定性研究[D]. 嵇晓雷.南京林业大学 2013
[4]应用于植被护坡两种岩生植物土壤植被系统（SVS）研究[D]. 李西.四川农业大学 2004
硕士论文
[1]根系固土作用及植物护坡稳定性研究[D]. 宋庆丰.西南交通大学 2008
本文编号：3048862
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/swxlw/3048862.html
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