不同乔木根系的抗拉力学特性

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。     

华北土石山区四种常见乔木根系的形态研究

以华北土石山区四种常见乔木的根系为研究对象,采用全挖法,从根长、根径、土层深度和生物量等方面进行比较,并计算了四个树种随土壤深度变化的累积根系长度百分比,利用Sketchup Pro 8软件建立了各根系的形态模型。结果表明:四个树种根系长度差别较大,总长度大小顺序依次为白桦>落叶松>蒙古栎>油松;不同树种不同径级根的差别较大;各树种根系垂直分布范围集中在0～60cm的土层中,在60cm以下的土层中分布很少。研究中四个树种拟合的β值都在0.960-0.970之间,根系垂直分布方式都显示出深根型根系轮廓。用软件模拟出的根系形态较接近实际。     

华北土石山区白桦根系分布特征及力学性能研究

以华北土石山区常见乔木白桦根系为研究对象,采用全挖法,从根长、根径、土层深度等方面进行比较,利用Sketchup Pro 8软件建立根系的形态模型;并在实验室进行根系抗拉强度及根土复合体抗剪强度的试验。结果表明,白桦根系垂直分布范围集中在0～60 cm的土层中,对坡面浅层水土保持起着重要作用,用软件模拟出的根系形态较接近实际;根系抗拉力与直径成正比,抗拉强度随直径的增加而减小;白桦根系能明显增强土体的抗剪强度,且根系交叉方式不同,根土复合体的抗剪强度也不同。     

油松单根抗拉试验数据的降噪分析

林木单根抗拉试验数据经常受到试验环境背景、仪器随机误差、人为操作等各类噪声污染,对根系抗拉力学特性的分析结果影响很大。为了提高根系抗拉力学特性的分析精度,需要对试验数据进行预处理。尽管小波降噪理论日渐成熟,但其在林业根系固土机制研究方面的应用并未得到推广。应用小波变换对油松250标距的单根抗拉试验数据进行降噪研究,分别采用到的降噪研究方法有:3～31点平滑法、非线性小波硬阈值(Hard)法、固定阈值(Fixed)法、最大最小阈值(Mini-max)法及Rig.Sure阈值(sure)法。结果表明:各种窗口宽度的平滑法中,9点平滑法被证明降噪效果更为显著;而基于小波变换的Rig.Sure阈值法能够更为有效地降低试验数据中的噪声信号,保留有效信息,提高试验数据的质量及分析能力。     

白桦单根的抗拉力学特性研究

为研究根系力学特性,对华北地区白桦(Betula platyphylla)进行单根拉伸,系统分析白桦根系材料的力学特性。结果表明:在同一标距、同一拉伸速率下,抗拉强度与直径存在着负相关关系,且表现为幂函数关系,极限延伸率与直径呈负相关关系,最大抗拉力与直径存在正相关关系;同一拉伸速率下,标距较小的单根有较小的弹性模量和较大的平均抗拉力、平均抗拉强度及平均极限延伸率;以400 mm/min和10 mm/min不同速率拉伸根系,根系在400 mm/min下大多为脆性断裂,易拉断破坏,拉伸速率的变化对抗拉强度和最大抗拉力的影响不显著。对白桦根系的应力应变曲线分析表明,根系直径较小时,随应变增加应力呈线性增大,表现出较好的线弹性关系,直径增大后,应力应变曲线递增缓慢,没有明显的线性区间。根据白桦应力应变曲线的特征,建立并拟合得出了白桦单根本构关系的经验模型,检验表明模型的拟合结果与试验数据基本吻合。     

森林健康预警PSR模型

以PSR模型的基本理论为主线,构建了北沟林场人工林生态系统健康状况预警体系.首先利用PSR模型的基本理论,以PSR模型的“压力-状态-响应”为基本框架对森林健康预警指标进行了分类；进而利用RS-粗糙集理论确定森林健康预警指标,建立森林健康预警指标体系；然后利用概率神经网络(PNN)算法对森林健康进行预警；最后针对预警结...     

华北落叶松根系抗拉力学特性

华北落叶松作为水土保持先锋植物之一,其根系的力学抗拉特性是维持边坡稳定的一个重要因素.为探究落叶松根系的基本抗拉力学性质,选取不同根长、直径以及去皮与否的华北落叶松根系,以不同的拉伸速率进行室内单根拉伸试验.结果表明:根长100 mm的带皮根系以10 mm/min的速率拉伸时,其根系的抗拉强度与直径无明显的相关性,而其他的条件下,根系的抗拉强度随直径的增加而减小,且呈逆函数关系;华北落叶松根系的应力-应变曲线为单峰曲线,无明显颈缩,呈弹塑性材料特征;根长、去皮与否都对根系的抗拉强度有显著的影响,而拉伸速率对根系抗拉强度的影响不明显.研究结果可为进一步分析华北落叶松根系与土壤之间的相互作用机制、建立边坡稳定模型提供基础数据.     

4种常见乔木单根拉伸的应力应变曲线分析

选取华北地区河北省北沟林场4种常见乔木油松、白桦、落叶松、蒙古栎进行拉伸试验,分析了直径、根长和拉伸速率对其应力应变曲线的影响。试验结果表明,乔木单根的应力应变曲线整体都为单峰曲线,没有出现明显的径缩现象,4种乔木的应力应变曲线都表现出弹塑性材料特征。相同加载条件,同一直径径级水平下,白桦和蒙古栎的抗拉力学性能比较接近,均具有较大的弹性模量、抗拉强度和较小的极限延伸率;油松和落叶松的力学性能接近,具有较小的弹性模量及抗拉强度和较大的极限延伸率。随着直径的增加,乔木根的弹性模量、极限延伸率和抗拉强度均降低。随着根长的增加,落叶松的弹性模量表现为下降的趋势,而其余3种乔木的弹性模量均表现出上升的趋势。极限延伸率、抗拉强度均与根长成负相关。速率的增加使得根系更容易被拉断破坏,白桦和落叶松的弹性模量、抗拉强度均与拉伸速率成负相关,极限延伸率与拉伸速率成正相关。     

华北地区4种常见乔木根系抗拉强度的力学综合模型

抗拉强度是建立边坡稳定模型时最常使用的植被根系特性之一。为建立根系抗拉强度的力学综合模型,对华北地区4种常见乔木油松、白桦、落叶松和蒙古栎的单根依照不同标距、不同拉伸速率进行了拉力试验。试验数据的分析结果表明:所有根系抗拉强度的观测值均通过正态检验;从数学角度出发,应用聚类分析方法,区分出4种乔木的极细根和细根;标距、树种对抗拉强度影响显著,拉伸速率对抗拉强度影响不显著。在理论推导和数据分析的基础上建立了乔木单根抗拉强度的力学综合模型,并对模型参数进行求解。该研究探明了单根抗拉强度的作用机理,对建立边坡稳定模型具有重要参考价值。      

白桦根系力学特性的定量研究

选取华北地区白桦(Betula platyphylla)为研究对象,以白桦单根拉伸的试验结果作为基础数据,应用方差分析的方法对白桦根系的力学特性进行了定量分析。依据试验设计的准则,选取拉伸速率、根长(标距)和直径这3个指标作为影响白桦根系力学特性的影响因素,以最大抗拉力、抗拉强度、弹性模量及极限延伸率这4个指标作为反映白桦根系力学特性的响应指标。结果表明,根径对白桦的最大抗拉力、抗拉强度和极限延伸率存在显著影响;根长(标距)、拉伸速率均对弹性模量和极限延伸率存在显著影响。对选取的4个反映白桦根系力学特性指标而言,拉伸速率与根长(标距)之间均不存在交互效应。对抗拉强度及最大抗拉力而言,拉伸速率与根径、根长(标距)与根径的交互效应均存在且有显著差异表达。对弹性模量、极限延伸率而言,根长(标距)与根径的交互效应的影响不显著,而拉伸速率与根径的交互作用有显著影响。