采煤塌陷区先锋植物含侧根分支处根段抗拉力学特性

为了进一步完善植物根系固土力学机制，以神东矿区采煤塌陷区的先锋植物黑沙蒿为研究对象，采用TY8000伺服式强力机研究其含侧根分支处根段的抗拉力学特性。结果表明，随根径的增加，黑沙蒿含侧根分支处根段的抗拉力逐渐增加，抗拉强度逐渐下降；在轴向拉力反复加载下，试验根由弹性变形逐渐过渡到塑性变形，表现出明显的弹塑性特征；试验根的σ～ε曲线主要分为直线型、上凸型、多峰型、波动型4种，除σ～ε曲线外，其余3种σ～ε曲线基本均以上凸型逐渐达到第1个峰值；各径级代表性σ～ε曲线的极限弹性应力由4.62 MPa降至2.25 MPa，而极限弹性应变无变化规律。黑沙蒿含侧根分支处根段的抗拉力与根径呈幂函数正相关，抗拉强度与根径呈幂函数负相关；试验根在轴向拉力下表现出弹塑性特征；随应变的不断增加，试验根应力由快速增长过渡为缓慢增长；试验根的极限弹性应力与根径呈负相关，而极限弹性应变与根径无相关性。     

5种植物侧根分支处的抗拉力学特性研究

【目的】探讨3~4年生柠条(Caragana microphylla Lam.)、沙地柏(Sabina valgaris Ant.)、沙柳(Salix psammophila C.wang et Ch Y.Yang)、白沙蒿(Artemisia sphaerocephala Krasch.)和沙棘(Hippophae rhamnoides Linn.)侧根分支处的抗拉力学特性,为植物固土护坡提供理论基础。【方法】在鄂尔多斯准格尔旗境内和林格尔县境内采集5种植物根系,每种植物采3株标准株,对直径0.5~4mm的根系按0.5mm分级,采用织物强力机(加载速度为200mm/min)测定5种植物各径级根系的室内轴向抗拉力并计算抗拉强度,同时分析根型(鲱骨型、二分枝型)、生长时期(生长季初期(5月)、生长旺盛期(8月))、土壤含水量(0%,6.8%,18.8%,26.6%)对侧根分支处抗拉强度的影响。【结果】5种植物侧根分支处断裂比例均在60%以上,侧根分支处抗拉能力明显不及相邻的直段根;无论是鲱骨型还是二分枝型,5种植物侧根分支处的抗拉力均低于相邻直段根的抗拉力,柠条、沙柳、沙地柏、白沙蒿和沙棘直段根的抗拉力分别是相邻侧根分支处抗拉力的1.39倍、1.33倍、1.46倍、1.63倍和1.91倍;5种植物2种根型侧根分支处抗拉力和抗拉强度的种间差异相同,均表现为柠条沙柳沙地柏沙棘白沙蒿,根型对其影响不显著;生长旺盛期柠条、沙柳、沙地柏、白沙蒿、沙棘侧根分支处抗拉强度均值分别为30.57,18.19,9.52,8.54和5.34MPa,生长季初期分别为26.79,15.25,10.17,6.76和6.10 MPa,生长时期对5种植物侧根分支处抗拉强度的影响均在α=0.01水平下差异显著;5种植物侧根分支处的抗拉强度均随周边土壤含水量的增大而减小,土壤含水量对其影响显著。【结论】5种植物侧根分支处是根系抗拉的薄弱点,其抗拉力是正确评价植物根系抗拉力学特性的关键。     

沙柳、白沙蒿根系轴向拉伸弹塑性初探

为了研究根系的弹塑性特征,采用多次重复拉伸的试验方法,对沙柳、白沙蒿1mm～1.5mm根径范围内的单根进行轴向拉伸试验,分析其弹塑性变形特点.结果表明,两种植物6cm长单根在拉伸初始阶段,试验根所产生的变形为弹性变形,若荷载超过试验根的弹性极限,应力状况由弹性状态发展到弹塑性状态,试验根产生塑性变形;在弹塑性变形过程中,试验根的弹性极限面发生改变,弹性极限提高,达到历史极限荷载的90%以上;试验根经历弹塑性交形阶段后,试验根的弹性模量降低,表现出明显的弹塑性耦合现象.     

植物根系固土护坡效应的原位测定

通过对南望山山脚下樟树的4个含根土样和素土样在现场进行原位剪切试验,对比素土样和4个含根土样的强度值、位移值,分析评价植物根系的固土护坡效应。结果表明:1)根系的存在提高了土体的峰值强度和残余强度,且根系提高土体残余强度的程度更高;2)同素土样相比,4个含根土样在强度峰值点对应的位移值更大,在土体被剪破前,含根土体能够承受更大的变形,根系增加了土体的延性;3)含根土体的应变软化段曲线较素土体的更加平缓,根系降低了土体峰值点后抗剪强度的减小幅度,使土体在较大应变处仍能保持较高的强度,提高了土体的延性;4)剪切断面上总根长、根面积比与土体抗剪强度的增量均成正相关。     

5种植物根系生物力学特性

为探究根系固土力学机理,于2019年5月初,分别对5种植物0～6 mm直根的相同根径施加70％平均极限抗拉力,进行原位瞬时轴向拉伸受损试验.3个月后,根据其愈伤后存活率、活力值、直根极限应变、弹性模量的变化,与平行对照(未受损)进行比较,分析5种植物根系固土力学特性的共同规律及种间差异.结果表明:愈伤3个月后,试验根存活率、活力值较平行对照均有明显下降,降低值由大到小依次为:沙棘、柠条、杨柴、沙打旺、紫花苜蓿.5种植物在代表根径级为0～1.5 mm时,其在愈伤后直根极限应变均值由大到小依次为紫花苜蓿(14.89±0.98)、沙棘(13.35±0.95)、杨柴(12.68±0.82)、沙打旺(12.66±0.76)、柠条(8.68±0.43);平行对照的直根极限应变均值由大到小依次为柠条(27.76±2.16)、沙棘(16.95±1.36)、杨柴(16.39±1.17)、沙打旺(16.13±1.18)、紫花苜蓿(12.59±0.69).愈伤自修复后直根弹性模量均值由大到小依次为沙打旺(4.12±0.35)、杨柴(3.61±0.12)、紫花苜蓿(2.79±0.14)、柠条(2.21±0.21)、沙棘(1.64±0.13);平行对照的直根弹性模量均值由大到小依次为柠条(3.89±0.23)、沙棘(2.74±0.19)、杨柴(2.47±0.18)、沙打旺(2.22±0.07)、紫花苜蓿(0.86±0.073).5种植物根系在受拉受损后经愈伤自修复后发现,草本植物根系恢复抗拉能力比灌木、半灌木强.     

梁受到球碰撞时的弹性冲击荷载初探

使用数值方法模拟考虑接触变形的梁受到球横向弹性碰撞的全过程。通过计算分析了球和梁的刚度、撞击速度、质量比等因素对梁所受到的冲击荷载的影响,发现:考虑接触变形后,冲击荷载有合理的升压段;球体的弹性模量越小,冲击荷载的峰值越小,每次接触的时间越长;在质量比不变的情况下,冲击荷载的峰值与初速度成正比;初速度越小,每次接触的升压和卸压时间越长,相邻2次接触的时间间隔越小,相邻的卸压和升压段间距越小;速度相同时,质量比越大,荷载峰值越小,且撞击物脱离接触的过程越明显,升压段和卸压段持续时间越短。     

方钢管再生混凝土长柱轴压力学性能试验研究

以再生骨料取代率、含钢率、长细比以及不同再生骨料种类为参数,通过试验得到了试件破坏形态、荷载—位移、荷载—应变等数据,试验结果表明:加再生砖骨料的钢管再生混凝土柱与一般钢管再生混凝土柱相比在弹性段没有差异,但在下降段轴压刚度下降较快,当砖含量为50%时承载力和刚度均下降较多,含钢率越高抵抗变形的能力越强,承载力越高。     

双向循环荷载作用下饱和红土的动变形强度特性

【目的】探究双向循环荷载耦合作用下饱和红土的动变形强度特性,为红土地区工程的抗震设计和性质评估提供理论支持。【方法】采用SDT-20型电脑控制电液伺服双向土动三轴试验机,对饱和红土试样施加了不同的应力路径,模拟横波和纵波在不同相位差下耦合的情况,分析不同应力路径下饱和红土的动变形和动强度特性。【结果】径向循环应力幅值和相位差的变化对饱和红土的动变形和动强度有较大影响。在相位差为180°时,轴向应变发展速度最快,动强度最小;当相位差为0°时,轴向动应变发展最慢,动强度最大。径向循环应力较大且相位差为180°时的耦合情况对土体的稳定最为不利,此种组合下饱和红土的动强度衰减率可以达到90%以上。【结论】随着径向循环应力幅值的变化,不同应力路径下动应变发展速度不同,应力路径斜率越大动应变发展越缓慢。在实际工程的抗震设计时,应充分考虑双向动荷载相位差为180°且径向动荷载较大的组合情况。     

信南高速不同类型坡面下边坡植物根系抗拉特性

通过对信(阳)南(阳)高速公路不同坡位、坡向植物根系在不同生长阶段及主根与侧根处的根系力学特性的研究,对于了解根系固土机理及水土保持具有理论实践意义。采用相关分析和回归分析的方法,分析不同类型坡面下植物根系的抗拉特性。结果表明:在不同的生长阶段,多年生草本进入夏季抗拉力达到最大值,冬季呈明显递减趋势;灌木进入冬季则呈缓慢递增趋势;中、下坡植物抗拉力多大于上坡;阳坡植物根系的抗拉强度、根系直径均大于阴坡;阴坡植物根系抗拉力均大于阳坡,根系发育良好;草本植物的主根抗拉力均大于侧根;根系抗拉力和直径呈显著的正幂函数关系,根系抗拉强度和直径呈显著的负幂函数关系。研究结果对根系固土力学机制的研究提供了理论基础。     

油松根系与土壤摩擦性能研究

为探索林木根系与土壤的摩擦性能,在含水率和土壤干密度一定的条件下,采用施加拔出荷载对油松单根进行直接拔出试验,分析了根系埋深和加载速率对拔出过程和根土摩擦力的影响。实验表明,根系在拔出过程中有明显的阶段特性,在不同埋深和不同加载速率情况下,根土摩擦力和根系直径之间均呈幂函数关系,根土摩擦力和产生最大摩擦力时的滑移均随着根系埋深和加载速率的增大而增大。      

黑沙蒿与粉土质砂根-土及土-土界面摩阻特性

以鄂尔多斯上湾煤矿塌陷区水土保持先锋灌木之一黑沙蒿和粉土质砂为研究对象,通过直剪试验和根-土复合体单根拉拔试验,探究土壤质量含水率、根径对黑沙蒿根-土界面及土-土界面摩阻特性的影响。结果表明:在土壤埋深72 cm和144 cm左右,2种剪切界面的抗剪强度值均随质量含水率增加呈先增后减趋势;黑沙蒿根-土复合体最大拉拔力与根径呈明显线性正相关,其抗剪强度随根径增加而减小;土壤质量含水率从3.94%增至19.94%,黑沙蒿根-土界面摩擦系数由0.48减至0.38,土-土界面摩擦系数由0.43减至0.35;2种剪切界面的黏聚力随土壤质量含水率增加呈现先增后减趋势,土壤质量含水率为11.94%时,黑沙蒿根-土界面黏聚力峰值为4.51 kPa,土-土界面黏聚力峰值为4.56 kPa。     

MDF弹性模量、泊松比和剪切模量静态测试方法探讨

提出了一种静态测试MDF泊松比μ和弹性模量E的新方法,即悬臂板静态弯曲法。首先,阐述了悬臂板静态弯曲法测试MDF泊松比和弹性模量的原理。根据MDF悬臂板受集中力作用下静态弯曲应力、应变分析,确定了静态测试MDF泊松比的十字应变片粘贴位置。为说明悬臂板静态弯曲法测试MDF弹性模量和泊松比的正确性,采用轴向拉伸法、四点弯曲法进行MDF的弹性模量和泊松比值的验证试验。最后,针对MDF为各向同性材料特点,通过方板静态扭转试验测得的剪切模量G,验证悬臂板静态弯曲法测试弹性模量和泊松比的正确性。结果表明:悬臂板静态弯曲法中,用于测试泊松比的应变片粘贴位置由板内横向应力σ_y=0的位置所确定;悬臂板静态弯曲法和轴向拉伸法测试的MDF的泊松比和弹性模量吻合得相当好,悬臂板静态弯曲法测试泊松比和弹性模量的正确性得到轴向拉伸试验的验证;悬臂板静态弯曲法测试MDF弹性模量E、泊松比μ的正确性还得到方板静态扭转试验的验证,即根据悬臂板静态弯曲法测试得到MDF的弹性模量和泊松比,并按G=E/2(1+μ)推算剪切模量G是可行的。      

荔枝整果压缩力学特性试验

为减少机械损伤,水果采摘机械的设计与控制需充分考虑水果整体力学特性。对荔枝整果进行压缩试验,分析研究荔枝在压缩载荷下的变形规律和重复加载时其刚度的变化,根据Hertz接触理论求得整体荔枝压缩时弹性模量与变形量的关系曲线,通过对试验曲线的拟合求得荔枝刚度与变形的二次关系式。试验范围内得到的荔枝果壳破裂力为30～40N,其受载时趋于稳定的刚度值为6.3954×103N/m。该研究为采摘机械的设计、减少采摘损伤控制最小的载荷提供了参考依据。     

毛竹材径向篾抗拉和抗弯性能研究

[目的]目前对于径向竹篾的相关研究较少,且未有竹节对径向竹篾性能影响方面的研究.研究随高度变化径向竹篾的结构特征、抗弯和抗拉性能变化规律,以及竹节对其力学性能的影响,可为径向竹篾在竹木复合集装箱底板应用中的结构设计和工艺优化提供理论依据以及技术参考.[方法]采用4年生不同高度毛竹制备的径向竹篾,分析不同高度等级的径向竹...     

小麦茎秆抗拉性能研究

[目的]分析小麦茎秆的抗拉能力。[方法]以水分含量51.3%、自然状态下干燥的0158-2小麦成熟期去鞘茎秆为材料,研究小麦茎秆的抗拉能力。[结果]由应力-应变曲线可知,随着变形的增大,应力逐渐增大,达到最大值时出现断裂。由负荷-时间曲线可知,随着时间的变化,负荷线性增大。负荷随着变形的增大而增大。水分为51.3%时小麦茎秆的弹性模量范围为1 012.0～1 511.0 MPa,强度极限范围为30.9～134.7 MPa;干燥时小麦茎秆的弹性模量范围为2 672.3～4 593.0 MPa,强度极限范围为29.8～119.0 MPa。水分含量越高,小麦茎秆的弹性模量越小,强度极限也越小。[结论]小麦茎秆水分为51.3%时,其弹性模量为1 278.2 MPa,强度极限为64.6 MPa;茎秆干燥时其弹性模量为3 114.7 MPa,强度极限为78.0 MPa。     

湿效应对竹木复合材料刚度性能的影响

首先根据经典层合板理论和一阶剪切变形理论的基本假设,建立起相关的位移模式,进一步推导出考虑湿效应下竹木复合层合梁的势能函数表达式,然后运用材料力学的等效梁理论推导出考虑湿效应下的竹木复合层合梁的等效弹性模量。比较了不同理论下湿效应前后的等效弹性模量与弯曲变形。研究表明,吸湿比例达30%时,竹木复合材料的等效弹性模量损失逾一半,而同样载荷下弯曲变形则是原有的2倍。图1表3参8     

贡嘎山森林生态系统根系固土力学机制研究

为探索森林生态系统树木根系固土力学机制,对长江上游贡嘎山森林生态系统不同演替阶段主要树种进行了根系抗拉试验.结果表明:各树种根系在受拉情况下,峨眉冷杉(Abies fabri)、冬瓜杨(Populus purdomii)根系为典型的弹性断裂,而杜鹃根系为脆性断裂. 但各树种根系在断裂或完全拔出之前,根系变形量、最大形变率依次均为冬瓜杨＞杜鹃＞峨眉冷杉. 由于各树种根系形态特性及生物学的特性,在弹性形变范围内根系的弹性模量并不是一个常量,随根径的增加而增加. 根系的抗拉强度与根表面积、根径成正相关,即随着树木年龄的增长,其固持土壤的能力也不断增强. 由于冬瓜杨、杜鹃根系的抗拉阻力较峨眉冷杉强,该地区处于演替初期和中期的冬瓜杨、杜鹃和峨眉冷杉等树种形成的混交林的水土保持功能优于演替顶极群落的峨眉冷杉成过熟林.     

强化复合地板刚度预测

应用复合材料经典层合板理论,分析了强化复合地板刚度计算,并使用电阻应变片测得试件在受轴向拉伸或纯弯曲载荷时,其上、下表面的应变ε_x和ε_y,从而对柔度系数的实验值和预测值,正则化柔度系数与弹性常数进行了验证。结果表明,预测值与实验值相对误差较小,建立的强化复合地板刚度计算模型能较好地符合实际情况。图1表5参8     

林木根系单根的生物力学特性

以黄土高原半干旱区17年生的刺槐(Robinia pseudoacacia)人工林和17年生的侧柏(Platycladus orientalis)人工林为对象,通过单根拉伸试验研究了根系的抗拉强度和杨氏模量.结果表明,刺槐根与侧柏根的生物力学特性表现出显著的尺度效应.根系的抗拉强度与杨氏模量都随直径的增大而减小,且刺槐根的强度约是侧柏根的2倍.