4种植物单根抗拉力学特性的研究

论文摘要

植物单根抗拉特性是植物根系生物力学特性的重要组成部分,是研究植物根系固土作用的基础。本文基于材料力学、弹塑性力学的基本原理,通过室内轴向拉伸试验,研究了采煤塌陷区的4种主要水土保持植物柠条(Caragana microphylla Lam)、沙柳(Salix psammophila C.wang et Ch.Y.Yang)、沙地柏(Sabina vulgaris Ant.)和白沙蒿(Artemisia sphaerocephala Krasch.)的单根抗拉特性,以及不同因素对单根抗拉特性的影响,得出以下结论:4种植物单根抗拉力与根径呈显著的幂函数正相关关系,单根抗拉强度随根径的增加成不同程度的下降趋势;单根抗拉力和单根抗拉强度的种间大小均为柠条>沙柳>沙地柏>白沙蒿。4种植物在单根拉伸过程中的变形类型以上凸型曲线为主,变形特性均以弹塑性变形为主,且单根的变形特征存在弹塑性耦合现象。4种植物单根本构曲线均由弹性变形阶段和弹塑性变形阶段组成,随着根径的增加,弹性极限应力降低,弹性极限应变无明显变化。4种植物代表根的徐变过程大致分为初始徐变阶段和稳定徐变阶段,应变随荷载的增加而增大;随着试验根根径、长度的增加,4种植物的应变表现不尽相同。柠条单根在旺盛生长期的抗拉力和抗拉强度均大于生长季初期,其它3种植物与其相反;抗拉强度随加载速度的增加而增加,随土壤含水量、试验根长度的增加呈降低的趋势;总横截面积不变的条件下,根数越多,抗拉力越大。4种植物单根弹性极限基本表现为生长季初期大于旺盛生长期;随着加载速度的增加,极限应力和弹性极限应力缓慢增加;土壤含水量和试验根长度对单根变形的影响无明显规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 2 国内外研究现状
• 2.1 根系的研究
• 2.2 根系固土
• 2.2.1 根系提高土壤抗冲抗蚀性
• 2.2.2 根系固土有效性
• 2.2.3 根系固土机理
• 2.3 根系抗拉力学特性
• 2.3.1 根系抗拉力
• 2.3.2 根系抗拉强度
• 2.3.3 根系变形特性
• 3 研究区概况
• 3.1 地理位置
• 3.2 地形地貌
• 3.3 气候条件
• 3.4 水文地质状况
• 3.5 土壤植被状况
• 4 研究方案
• 4.1 研究基础
• 4.2 研究内容
• 4.3 研究材料与试验仪器
• 4.4 研究技术路线
• 4.5 研究方法
• 4.5.1 标准株的选择
• 4.5.2 试验材料的采集
• 4.5.3 试验根的选取和制备
• 4.5.4 瞬时拉力下单根抗拉力学特性的试验方法
• 4.6 数据处理方法
• 5 瞬时拉力下4 种植物单根抗拉力、抗拉强度及其影响因素的研究
• 5.1 4 种植物单根抗拉力
• 5.2 4 种植物单根抗拉强度
• 5.3 4 种植物单根抗拉力与抗拉强度影响因素的研究
• 5.3.1 根径对4 种植物单根抗拉力与抗拉强度的影响
• 5.3.2 生长时期对4 种植物单根抗拉力与抗拉强度的影响
• 5.3.3 加载速度对4 种植物单根抗拉强度的影响
• 5.3.4 土壤含水量对4 种植物单根抗拉强度的影响
• 5.3.5 试验根长度对4 种植物单根抗拉强度的影响
• 5.3.6 相同截面积下不同根数组合对4 种植物单根抗拉力的影响
• 5.4 小结
• 6 4 种植物单根变形特征及其影响因素的研究
• 6.1 4 种植物单根轴向拉伸变形本构曲线分类
• 6.1.1 4 种植物单根本构曲线类型
• 6.1.2 柠条单根本构曲线类型
• 6.1.3 沙柳单根本构曲线类型
• 6.1.4 沙地柏单根本构曲线类型
• 6.1.5 白沙蒿单根本构曲线类型
• 6.2 4 种植物单根轴向拉伸本构特征
• 6.2.1 柠条
• 6.2.2 沙柳
• 6.2.3 沙地柏和白沙蒿
• 6.3 4 种植物代表根弹塑性变形特性
• 6.3.1 4 种植物代表根弹塑性变形特点
• 6.3.2 4 种植物代表根弹性极限与极限荷载历史的关系
• 6.3.3 4 种植物代表根弹性模量及其变化规律
• 6.4 4 种植物代表根徐变特性
• 6.4.1 4 种植物代表根徐变过程
• 6.4.2 初始长度不同时的代表根徐变特性
• 6.4.3 根径不同时的代表根徐变特性
• 6.4.4 荷载不同时的代表根徐变特性
• 6.5 4 种植物变形特性的影响因素
• 6.5.1 生长时期时变形特性的影响
• 6.5.2 加载速度对变形特性的影响
• 6.5.3 土壤含水率对变形特性的影响
• 6.5.4 试验根初始长度对变形特性的影响
• 6.6 小结
• 7 讨论
• 8 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介