不同乔木根系的抗拉力学特性.doc

※1,211113吕春娟,陈丽华,周硕,王萍花,冀晓东,张心平(,教育部水土保持与荒漠化防治重点实验室,北京100083;,太谷030801;,北京100083)摘要:为了揭示植被根系的固土力学机制,筛选合适的水土保持树种,选取华北地区5种常见乔木油松、蒙古栎、白桦、落叶松和榆树根系进行室内单根拉伸试验。结果表明,5种乔木根系极限抗拉力和直径之间存在显著的幂函数关系;油松和白桦根系抗拉强度随着直径增大以幂函数递减,蒙古栎、落叶松和榆树根系的抗拉强度随直径增大均以对数函数递减。拉伸过程中,根系对外界拉力的敏感性是在一定范围内的波动,5种乔木平均敏感性依次为白桦,落叶松,榆树,油松,蒙古栎。5种乔木根系不同直径的应力应变曲线特征参数不同,但均为单峰曲线,具有弹塑性材料特征,拟合曲线三阶抛物线模型能很好地反映其基本特征。不同树种不同直径的抗拉力学特征存在很大的差别,其内在原因还需要进一步的研究。关键词:树木,抗拉强度,抗拉应力,土壤固化doi:.1002-::A文章编号:1002-6819(2011)-Supp1-0329-07吕春娟,陈丽华,周硕,[J].农业工程学报,2011,27(增刊1):329,üChunjuan,ChenLihua,ZhouShuo,[J].TransactionsoftheCSAE,2011,27(Supp1):329,335.(inChinesewithEnglishabstract)表面表现为以地茎为中心向四周辐射分布,在植株受力0引言向单根受力转化过程,离地茎中心越远单根的应力越小,[1-6]最近20a来,植物固坡在国内外越来越受欢迎。导致植株受拉拔时,与基岩不同作用点单根的受力状态尤其是乔木和灌木根系防治边坡土壤侵蚀或滑坡问题已[15]的原位拉拔试验也证实,分支多、不同。[7-9]经做了很多研究。,的一个重要表征,目前主要从野外原位群根抗拔和室内[10]而为主垂直根发达、。解明曙低的抗拉强度。这些研究都证明整棵树根系抗拔力的大采用全根系拉拔试验法,研究了白榆根系的固土能力,认小取决于根系的分布形态和单根的抗拉特性。为根系土的抗剪强度远高于无根系土,即使变形后的残余强度,也高于无根系土,因此根系土壤即使含水量饱和后,目前国内外学者开展单根抗拉研究,对于草本和灌[11-12]往往也能够保持土体不崩塌。朱清科,张东升等利木根系研究相对较多,常见灌木根系抗拉力研究表明,用绞盘对冷杉、冬瓜杨和杜鹃的野外原状土拉拔试验研抗拉力随着根径的增加呈幕函数增大,而且不同树种根究表明根系抗拉与根系形态有很大的关系,在端头相同[11,14,16-18]的抗拉力相差很大;不同草种根系抗拉力学特征的情况下,须根发达的根系比直根系抗拉强度大。Marie[19-22][13]证明草的毛根具有强大的抗拉能力。对乔木根系的等对挪威云杉和欧洲山毛榉进行原位拉拔试验的结果[8,13,23-24]拉力特性研究相对较少,仅限于少数树种。植物表明,欧洲山毛榉比挪威云杉具有更大的倾覆阻力,这单根是根系固土的基本单元,单根的形变决定了植株受可能因为欧洲山毛榉根系,[14]杉,说明根系在抵抗倾覆时扮演着重要角色。李绍才等外力时的整体应变状态,而且根系结构中处于拉力状态[25]对不同风化程度岩石坡面上的禾本科金发草及灌木黄的根提供大约60%的阻力去抵抗暴风雨。因此,具有荆、铁仔及羊蹄甲野外原位拉拔试验,发现根系在基岩较大抗拉强度的根系将有助于乔木的锚固,对单根的一系列研究是根系力学性能研究的起点。本研究将对华北地区常见的5种乔木树种进行单根拉伸试验,以期为根系固土机理研究和防治滑坡、泥石流和崩塌等地质灾害收稿日期:2010-12-07修订日期:2011-02-21过程中水土保持树种的筛选提高重要的参考价值。基金项目:国家自然科学基金(30872067)、教育部博士点基金1材料与方法(20090014110002)和青年科学基金项