不同类型植物根系对地茎所受力的响应开题报告

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1、不同类型植物根系对地茎所受力的响应专业：结构工程汇报人：郭丰英导师：李平教授开题报告报告的内容一、研究的目的和意义二、国内外研究现状三、实验材料和仪器四、研究内容五、研究的方法研究的目的和意义水土资源是人们赖以生存和发展的物质基础，是环境与农业生产的基本要素。但是由于自然条件和人类长期对水土资源的不合理利用，水土资源遭到严重的损失和破坏。植物固土抗蚀是近年来植物生物学研究的热点，受到广泛关注，根系对固土起主要作用，目前对根系固土的研究主要表现在三个方面：（1）根系抗拉力学性能研究（2）根-土复合体抗剪特

2、性的研究（3）根-土界面摩擦特性研究但是对于以上的研究都是针对单根的研究，至于对整个根系的研究，目前还没有报道。针对以上情况，研究不同植被在根的各种分布作用下力的传递特点，进而得出根系固土的最佳效果。研究现状为了探索植物根系固土作用，以往许多学者从不同的侧面对根系的固土作用进行了大量的研究和探索，以往采用的方法是：在野外选取一块径流小区，培育特定试验品种，但是由于长期在野外工作，研究周期长，需要投入大量的人力、物力，所以近几年人们都转向了根系固土生物力学特性及根系固土机理的研究。根系固土生物力学特性的研

3、究主要有三方面：根系抗拉特性、根-土复合体抗剪特性、根-土界面的摩擦特性来反映的。（1）根系抗拉特性的研究国内外学者对根系力学特性的研究主要体现在根系抗拉力、抗拉强度及根系的变形特性上，且不同植物根系的抗拉力学特性表现不同。1986年阿部和时、岩元贤等对日本柳杉等多种植物根系进行了拉伸试验，结果表明，植物根系的抗拉力与根茎呈幂函数正相关关系。1996年Gray、Sotir对不同季节根系进行拉伸试验试验结果表明，由于冬季土壤含水量较小，导致冬季根系的抗拉强度比夏季的大，2007年我国学者陈丽华等对冷杉、杜

4、鹃等树木根系进行了应力-应变关系的试验研究，结果表明根系的应力应变关系用抛物线模型模拟比较理想。（2）根-土复合体抗剪特性1968年远藤泰等人对栽植白桦和赤杨的剪切箱进行剪切试验发现，在自然含水状态下，抗剪强度增量△S与剪切样品中根系容积质量M（g/m2)成线性关系增加，即为△S=0.093（M-53）。1996年杨亚川等人对野燕麦、狗尾草为主要植被的土壤草本植物根系复合体抗剪强度进行研究表明，在草本植物覆盖的情况下复合体抗剪强度与正压力符合库仑定律，（3）根-土界面摩擦特性的研究根系与土体界面的作用特

5、性，决定根-土复合体内部稳定性，根系与土体的之间的静摩擦力是提高土体抗剪强度增量的主要因素，2006年宋维峰对林木根系固土力学机制进行研究根-土复合体之间的摩擦特性主要与垂直土压力、土壤密度、土壤含水量等因素有关等等。植物根系固土机理主要分为加筋作用和锚固作用,植物根系穿插与土壤中,就类似于钢筋包裹在混凝土中，土体与根系之间形成紧密的复合体，当土体受到破坏时，根系与土体共同抵抗外力导致的破坏。根系的锚固可以从组合梁作用、挤压加固作用等几个方面来解释。实验材料和仪器（1）试验所用的材料：一种是忽略变形的根

6、系，采用直径为3mm的铝丝，另一种是考虑变形的根系，采用弹性模量为1.29GPa的弹性材料。（2）试验所用的仪器是HG-100数显式推拉力计，它是新一代通用型便携式的拉压负荷测量仪器，具有高分辨率、携带方便等特点。设有负荷实时值、峰值切换键，可做负荷峰值及负荷实时值测试，可实现拉断即停，力值保持、施加力限制、疲劳试验等各种新型使用功能，可以连接上位机对存储数据进行读取、打印、删除、分析等操作。研究内容（1）不同根系的受力特点研究1）根茎轴向外力条件下，水平根系分布、垂直根系分布的受力特点。2）外力与根茎

7、具有一定的夹角时，水平根系分布、垂直根系分布的受力特点。（2）根的材料特性对根系受力特点的影响。1）忽略根系的变形根系受力特点的研究。2）采用变形材料时根系受力特点研究。研究方法1不同根系分布的受力特点研究100cm×100cm×100cm的箱子，四面开通，把数显式推拉力计以和根系以相同的角度固定在箱子的底部，然后把根固定在拉力计端部的挂钩上，地茎从顶部垂直伸出，然后在离根部4cm的地方固定拉力计。(1)沿轴向对水平分布根系施加外力1)只有一级根的情况下，沿轴向对其施加外力。实验平台2）一级和二级根都具

8、备的情况下，沿轴向对其施加外力。（2）沿轴向对水平分布根系施加外力1）只有一级根的情况下，沿轴向对其施加外力。2）一级和二级根都具备的情况下，沿轴向对其施加外力。然后分别记录其试验结果和图形，然后用结构力学求解器模拟根系，对其求力，与试验结果对比。分析根系力的分布特点。2外力与地茎成一定的夹角时，根系力的分布特点研究（1）水平分布根系所受力的分布特点1）只有一级根的情况下，根系所受力的分布特点2）一级和二级根都具备的情况下，根系所受力的分布