宿迁市公路边坡绿化常见草本植物根系固土特性研究

本文以江苏省宿迁市绿化常用草本植物高羊茅为研究对象,通过植物学和材料力学的研究方法,对高羊茅根系的土体分布特征和单根抗拉力学特性进行研究分析。结果显示:在0~40 cm土层中,高羊茅直径≤1.0 mm的根系密度大于直径>1.0 mm的根系,且其生物量随土层深度的增加而减少;高羊茅根系的单根抗拉力与根系直径之间呈正相关关系,抗拉强度与直径之间呈负相关关系。研究表明高羊茅根系具有较强的固土护坡能力,可以有效增强土体稳定性,在减缓公路土石边坡水土流失方面发挥较大作用。     

基于植物生长过程的根系固土机制及Wu模型参数优化

【目的】为提高植物根系固土效果模型量化的准确性,针对植物根系在土壤中受破坏的不同方式,基于植物生长过程的根土复合体直剪试验,利用根的拔出与抗拉试验,分析根系在不同生长时期的受力机制,定量评估植物根系对土壤的加固效果。【方法】在原有直剪仪器的基础上,设计了一套分离式、可测定盆栽植物根系固土效果的装置。将12棵3年生山矾幼树样本直接种植于直剪盒,针对移植后1个月、4个月和1年后山矾根系的单根抗拉强度、拔出强度和根土复合体的抗剪强度进行测定,建立植物单根直径与单根抗拉强度、拔出强度的关系曲线。在时间尺度上,研究影响其根系固土的相关参数变化,分析根系与土壤的相互作用机制和根系的破坏情况,并优化现有Wu模型,并尝试评估动态生长过程中的根系固土效果。【结果】1)植物根系固土效果受抗拉强度与拔出强度的共同影响,在植物的生长的过程中,拔出强度对固土效果的影响比抗拉强度更加显著;2)随着植物种植时间的增加,4个月后根土复合体的抗剪切强度显著增加,1年后根土复合体的抗剪切强度较前4个月增长放缓。根土复合体发生剪切破坏后,根系发生断裂破坏的概率随种植时间的增加而增加。3)将根系抗拉和拔出强度2个参数加入到植物根系固土模型的计算中,可以更好地反映植物根系固土效果,特别是对于植物移植生长过程,模型计算结果与实际值平均相差仅为8.13%。【结论】植物根系在1年的生长周期内,根系数量不会发生较大变化,根系抗拉强度由其材料属性决定,也不会发生较大变化。而根系与土壤间的键合则变得更加紧密,根系的拔出强度增加显著,更多的根系在土壤发生破坏时发生断裂,最终提高根系加固土壤的效果。     

基于Griffith断裂准则的根系固土力学模型

[目的]土体抗剪强度增量?S是衡量植物根系固土效果的重要指标,针对目前计算?S的力学模型精度不高、计算过程复杂等问题,本论文对根系固力学模型进行改进,以期提高生态边坡稳定性分析的准确性.[方法]本文运用断裂力学与功能原理,探究植物根系破坏失效模式,提出基于Gri?th断裂准则下的根系固土力学模型.选用寒旱环境下代表护坡...     

浙南山区6种优势乔木植物根系的力学特性研究

为研究乔木植物固土护坡的力学机制,以中亚热带常绿阔叶林为例,对浙江南部的山体滑坡、泥石流易发区内优势植物:苦槠(Castanopsis sclerophylla)、甜槠(C.eyrei)、枫香(Liquidambar formosana)、南酸枣(Choerospondias axillaris)、马尾松(Pinus massoniana)和杉木(Cunninghamia lanceolata)6种乔木植物根系进行室内力学比较试验。结果表明:不同植物根系具有不同的抗拉力与抗拉强度;所有植物的单根抗拉力都随着直径增加而增大,其中杉木的抗拉力最低,甜槠、枫香和马尾松居中,苦槠和南酸枣的较高;6种植物直径与抗拉力间的拟合函数中以幂函数最为适合,并且6种植物直径与抗拉力间成幂函数正相关关系;6种植物根系的抗拉强度随着直径增加而降低,并且所有植物抗拉强度与其直径成幂函数负相关关系,其中杉木的抗拉强度明显低于其它树种;苦槠和南酸枣的固土护坡作用较大,枫香、甜槠、马尾松居中,而杉木的则最差。     

四川山矾根系分支节点对根系固土效益的影响

【目的】研究根系形态学参数和力学参数对固土效果的影响,进一步了解根-土相互作用机制和固土机制。【方法】利用改装过的万能试验机测定四川山矾根系的抗拉强度、杨氏模量、摩擦力等力学特性,利用自制的大盒直剪装置测定含根土样本的抗剪强度。分析根系形态学参数与力学特性参数的关系。【结果】1)四川山矾的根直径与根长、抗拉强度、杨氏模量和拔出力都符合幂函数关系。其中,根直径与抗拉强度和杨氏模量呈负相关,根直径与根长、拔出力呈正相关。2)四川山矾根系分支节点数的增加,可显著提高根系拔出力,但分支节点对单位根长度拔出力的影响较小。3)四川山矾根系分支节点的增加,可显著提高根系的土壤加固效果,每存在1个分支节点可提高根系附加抗剪强度约50%。分支节点的增加可显著提高单位根长和根直径的附加抗剪强度。4)主成分分析发现,对根系附加抗剪强度的极值影响最大的参数为根长之和,而对根系附加抗剪强度的屈服值影响最大的参数为根直径之和。【结论】四川山矾根系分支节点的存在对根系的拔出强度和最终的固土效果都有显著影响,是根系固土效果定量研究中的重要参数,这对理解和分析边坡植物根系加固土壤的机制有重要意义。     

铁路沿线护坡林

铁路护坡林,即铁路路基边坡种植起的灌木林,利用地上的灌木林冠,截留降水和分散减缓地表径流,防止边坡面的冲刷;地下根系,固着土壤,又提高了抗冲刷能力。这种在地上、地下形成的双重保护,具有极大的优越性,护坡植被生长越茂盛,防护功能越大。此外,植被护坡造价低廉,作用持久,现已成为铁路护坡的主要技术手段。但是,护坡植被种植的第一年,不能充分发挥防护功能,次年     

林草混交根-土复合体的抗剪强度特性

通过对香根草和小叶女贞两种不同植物根系构成的根土复合体及两种植物混交根系构成的根土复合体分别进行了系列直剪试验研究,探索了在不同含水率及不同含根比的情况下,植物根系对复合体抗剪强度的影响规律。研究表明,草本植物香根草以及木本植物小叶女贞的根系都能提高根土复合体的抗剪强度,但二者对复合体抗剪强度指标的贡献是不同的,且混交根土复合体的抗剪强度仍符合库伦强度理论。在此基础上,本研究提出了根土复合体的内摩擦角随小叶女贞含根比变化的幂函数关系式。以上研究为进一步探索林草一体化高稳定护坡技术,具有重要的理论意义。     

由松毛虫危害引起的松树衰退与松林根系的固土力

近来,由松毛虫危害引起的松树的衰退,其保土机能怎样,人们提出了不少疑问.由于松林上层的松树枯死,引起林地植被的变化,这便引起了松树根系固土力发生变化,同时枯死松树本身根系的固土力亦急剧变化.因此松林根系的固土力应看作为以上两种变化相互作用的结果.由于植物根系能固住土壤,因而才能支撑住它的地上部分.一般植物的固土力相当于地上部分对所承受外力的抵抗力,即根系的地上部分的支撑力.其大小为地上部分重量的80—100倍.根系固土力因根系组织形态、分布特性不同而有所不同.     

植被根系与土壤抗蚀抗冲性的研究综述

植被根系与土壤抗蚀抗冲性的关系主要体现在两方面:一是根系改善了土壤的物理性质,增加入渗;二是根系的结构布局和形态特征,从力学方面考虑,具有提高土壤抗蚀抗冲性的功能.文章从植被根系、土壤抗蚀抗冲性和及二者的关系三方面,综述了典型的乔、灌、草和作物根系研究发展概况和在土体中的分布规律及提高土壤抗蚀抗冲性的相关因素和力学机制...     

外力作用下4种植物根系易损部位的研究

[目的]为探讨根系在轴向拉力和径向折力下的易损部位。[方法]以3 4 a的柠条、沙柳、沙棘和白沙蒿为研究对象,采用TY8000伺服控制材料试验机测定4种植物侧根分支处和相邻直根的抗拉力与抗折力。[结果]表明:在1 4 mm根径范围内,4种植物侧根分支处和相邻直根的抗拉力、抗折力均与直径呈幂函数正相关,抗拉强度、抗折强度均与直径呈幂函数负相关;同径级时,每种植物单根的抗拉强度和抗折强度均表现为侧根分支处小于相邻直根,4种植物侧根分支处和相邻直根的抗拉强度为柠条((23.70±3.97)、(28.02±4.40)MPa)沙柳((14.86±1.28)、(20.33±1.76)MPa)沙棘((10.60±2.40)、(15.86±3.90)MPa)白沙蒿((5.07±1.25)、(8.80±1.74)MPa),侧根分支处和相邻直根的抗折强度为:柠条((33.66±7.74)、(47.06±4.41)MPa)沙柳((17.31±1.91)、(27.54±3.82)MPa)沙棘((3.97±1.23)、(8.75±1.70)MPa)白沙蒿((2.18±0.39)、(6.15±1.01)MPa)。[结论]无论受轴向拉力还是径向折力,4种植物根系易损部位均为侧根分支处。造成垂直根模型(WWM)和纤维束模型(FBM)预测根系固土能力偏高的补充原因为:(1)模型根系全部计入直根的抗拉力,忽略了侧根分支处,而侧根分支处是根系固土的薄弱点。(2)模型假设所有根系为轴向受拉的杆件。实际根土复合体发生剪切时,根可能承受轴向拉力,也可能承受径向折力。对于抗折强度小于抗拉强度的植物,模型必然高估根的实际固土能力。     

零距拉伸技术评价木材管胞纵向抗拉强度

把造纸领域的零距拉伸技术引入木材科学研究领域,用于快速评价人工林杉木管胞纵向抗拉强度.结果表明:零距拉伸试样的最佳厚度是80 μm,最适宜的夹持力为70 psi;杉木管胞的纵向抗拉强度从髓心到树皮呈增大趋势,但在树高方向(1.3～7.3 m)的差异不显著.利用零距拉伸技术具有测量迅速、可操作性强等特点,可以作为快速评价木材纤维纵向力学性能的新方法.     

毛竹竹黄片拉伸性能

通过对竹筒直径的测量,得到试验材料平行段并进行取样,再通过端面扫描进行验证。通过对竹黄片拉伸性能测试,得知其拉伸强度平均值为61.37 MPa,竹筒内以及竹筒间强度变异性很大;拉伸弹性模量平均值为8.26 GPa,筒内及筒间变异性很小,具有可靠性。通过对拉伸端面的分析可知,纤维被拔出的拉伸破坏试件强度较大,而且纤维拔出数量越多,强度越大。     

木材单根纤维力学性质研究进展

以单纤维力学性能研究的重要性为出发点,综述近年来单纤维力学性能测试的研究进展,针对单纤维拉伸过程中的纤维制备、夹紧、定向、细胞壁横截面面积测量技术、纳米压痕技术以及间接测量的零距拉伸技术进行详细评述,并总结单纤维的纵向弹性模量、抗拉强度以及单纤维的蠕变、断裂、疲劳、扭转特性的研究现状,提出下一步开展单纤维力学研究的建议。     

毛竹顺纹抗拉性质的变异及与气干密度的关系

将毛竹轴向分段(4段)、径向分层(6层)取样,研究其顺纹抗拉弹性模量和顺纹抗拉强度的变异规律,顺纹抗拉性质与气干密度之间的关系.结果表明:毛竹的顺纹抗拉弹性模量和顺纹抗拉强度的径向变异很大,不同位置竹材的顺纹抗拉弹性模量为8.49～32.49 GPa,最外层竹材的顺纹抗拉弹性模量约是最内层的3～4倍;不同位置顺竹材顺纹抗强度在115.94～328.15 MPa之间,最外层竹材的顺纹抗强度是最内层的2～3倍.用直线方程预测毛竹顺纹抗拉性质的效果略优于曲线方程的效果.     

微拉伸技术测试植物单根纤维纵向拉伸性能

采用自主研发的高精度短纤维力学性能测试仪(SF-I)研究毛竹、杉木、苎麻单根纤维纵向拉伸性能及水分对其影响,研究毛竹单根纤维循环加载的纵向拉伸变化。结果表明:所测纤维均表现出明显的线弹性行为;4年生毛竹平均断裂强度为1710MPa,平均弹性模量为27.1GPa,平均断裂伸长率为7.0%;毛竹、杉木、苎麻纤维的纵向拉伸性能对湿度变化都有一定的敏感性,其中,苎麻最敏感;在相同的温湿度条件以及相同的载荷下对纤维进行多次反复加载,纤维发生的应变会逐渐减小。     

新型金相试样镶嵌、拉伸两用机的研制

本文在分析常用镶嵌机和拉伸机结构和性能的基础上,论述了新型镶嵌、拉伸两用机的结构、设计和工作机理。经检测鉴定,该机具有控温准确、定位简便、测力可靠、结构新颖、造价低廉和使用维修方便等特点,能实现节约电源,是一种很有推广应用前景的新型设备。     

藤茎的轴向抗拉强度试验

藤茎的轴向抗拉强度试验蔡则谟（中国林业科学研究院热带林业研究所广州５１０５２０）关键词藤茎，轴向抗拉强度大部分商品藤茎加工成藤皮和藤芯，用于编织生活用品及工艺品，因此须有一定的轴向抗拉强度，这方面的研究记载很少，仅见Ｙｕｄｏｄｉｂｒｏｔｏ［’‘、吴顺...     

藤家具用单叶省藤藤条顺纹抗拉性能比较

沿单叶省藤径向由外而内选取5种常用的编织条,进行顺纹拉伸试验及性能比较分析,考察不同径向取材位置对顺纹抗拉性能的影响.结果表明,径向取材位置对藤条的顺纹抗拉强度和弹性模量均具有显著影响.顺纹抗拉强度平均值由大到小依次为:二层扁平藤皮＞半圆藤芯＞圆藤芯＞头层扁平藤皮＞扁平藤芯;拉伸弹性模量平均值由大到小依次为:圆藤芯＞半圆藤芯＞二层扁平藤皮＞扁平藤芯＞头层扁平藤皮.径向取材位置由外而内对应的藤条顺纹抗拉强度和弹性模量值均呈现先增加后减小的趋势.     

竹材的拉伸短期蠕变行为及模拟

基于勃格(Burger)四元件流变模型,运用Origin8.5自定义函数拟合毛竹在15%～60%应力水平下5.5 h内拉伸短期蠕变实验数据。结果表明:随应力水平的增大,竹材的拉伸弹性应变及占蠕变总量比例增大,黏弹性应变范围为0.15%～0.31%,其占蠕变总量比例趋于减小;黏性应变范围为0.14%～0.81%,其占蠕变总量比例亦趋于减小。随着应力保持时间的延长,弹性应变无显著变化,但其占蠕变总量比例则减小;黏弹性应变趋于增大,而其占蠕变总量比例则趋于减小,黏性应变及占蠕变总量比例增大。在竹材拉伸应力15%～60%范围内,勃格模型可用来模拟竹材拉伸的短期蠕变行为。     

Variation in tensile properties and relationship between tensile properties and air-dried density for moso bamboo

This research investigated the variation in tensile properties and the relationship between the tensile properties and the air-dried density for the moso bamboo (Phyllostachys pubescens) by sampling at different heights and radial positions. Results showed that the variation of the longitudinal tensile properties in the radial direction was greater than that in the longitudinal direction. The longitudinal tensile modules of elasticity (MOE) ranged from 8.49 to 32.49 GPa. MOE for the outermost layer was 3–4 times as high as that for the innermost layer. The longitudinal tensile strength (MOR) ranged from 115.94 to 328.15 MPa. MOR for the outermost layer is 2–3 times as high as that for the innermost layer. Linear and curvilinear regressions were done from tested data of MOE, MOR and air-dried density in this paper. The linear equation worked a little better than the curvilinear one to predict the longitudinal MOR and MOE from air-dried density. __________ Translated from Scientia Silvae Sinicae, 2006, 42(3): 72–76 [译自: 林业科学]