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 水土资资源是人们赖们赖 以生存和发发展的物质质基础础，是环环境与农业农业 生产产的基本要素。但是由于自然条件和人类长类长 期对对水土资资源的不合理利用，水土资资源遭到严严重的损损失和破坏。 植物固土抗蚀蚀是近年来植物生物学研究的热热点，受到广泛关注，根系对对固土起主要作用，目前对对根系固土的研究主要表现现在三个方面： （1）根系抗拉力学性能研究 （2）根-土复合体抗剪特性的研究 （3）根-土界面摩擦特性研究 但是对对于以上的研究都是针对单针对单 根的研究，至于对对整个根系的研究，目前还还没有报报道。 针对针对 以上情况，研究不同植被在根的各种分布作用下力的传递传递 特点，进进而得出根系固土的最佳效果。 研究现状 为为了探索植物根系固土作用，以往许许多学者从不同的侧侧面对对根系的固土作用进进行了大量的研究和探索，以往采用的方法是：在野外选选取一块块径流小区，培育特定试验试验 品种，但是由于长长期在野外工作，研究周期长长，需要投入大量的人力、物力，所以近几年人们们都转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 国内外学者对对根系力学特性的研究主要体现现在根系抗拉力、抗拉强度及根系的变变形特性上，且不同植物根系的抗拉力学特性表现现不同。 1986年阿部和时时、岩元贤贤等对对日本柳杉等多种植物 根系进进行了拉伸试验试验 ，结结果表明，植物根系的抗拉力与根茎呈幂幂函数正相关关系。1996年Gray、Sotir对对不同季节节根系进进行拉伸试验试验结试验试验结 果表明，由于冬季土壤含水量较较小，导导致冬季根系的抗拉强度比夏季的大，2007年我国学者陈丽华陈丽华 等对对冷杉、杜鹃鹃等树树木根系进进行了应应力-应变应变 关系的试验试验 研究，结结果表明根系的应应力应变应变 关系用抛物线线模型模拟拟比较较理想。 （2）根-土复合体抗剪特性 1968年远远藤泰等人对对栽植白桦桦和赤杨杨的剪切箱进进行剪切试验发现试验发现 ，在自然含水状态态下，抗剪强度增量S与剪切样样品中根系容积质积质 量M（g/m2)成线线性关系增加，即为为S=0.093（M-53）。1996年杨亚杨亚 川等人对对野燕麦、狗尾草为为主要植被的土壤草本植物根系复合体抗剪强度进进行研究表明，在草本植物覆盖的情况下复 合体抗剪强度与正压压力符合库仑库仑 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性，决定根-土复合体内部稳稳定性，根系与土体的之间间的静摩擦力是提高土体抗剪强度增量的主要因素，2006年宋维维峰对对林木根系固土力学机制进进行研究根-土复合体之间间的摩擦特性主要与垂直土压压力、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为加筋作用和锚锚固作用,植物根系穿插与土壤中,就类类似于钢钢筋包裹在混凝土中，土体与根系之间间形成紧紧密的复合体，当土体受到破坏时时，根系与土体共同抵抗外力导导致的破坏。根系的锚锚固可以从组组合梁作用、挤压挤压 加固作用等几个方面来解释释。实验 材料和仪器 （1）试验试验 所用的材料：一种是忽略变变形的根系，采用直径为为3mm的铝丝铝丝 ，另一种是考虑变虑变 形的根系，采用弹弹性模量为为1.29GPa的弹弹性材料。 （2）试验试验 所用的仪仪器是HG-100数显显式推拉力计计，它是新一代通用型便携式的拉压负压负 荷测测量仪仪器，具有高分辨率、携带带方便等特点。设设有负负荷实时值实时值 、峰值值切换键换键 ，可做负负荷峰值值及负负荷实时值测试实时值测试 ，可实现实现拉断即停，力值值保持、施加力限制、疲劳试验劳试验 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 1）不同根系的受力特点研究）不同根系的受力特点研究 1 1）根茎）根茎轴轴轴轴向外力条件下，水平根系分布、垂直根系向外力条件下，水平根系分布、垂直根系分布的受力特点分布的受力特点 。 2 2）外力与根茎具有一定的）外力与根茎具有一定的夹夹夹夹角角时时时时，水平根系分布、，水平根系分布、垂直根系分布的受力特点。垂直根系分布的受力特点。 （2 2）根的材料特性）根的材料特性对对对对根系受力特点的影响。根系受力特点的影响。 1 1）忽略根系的）忽略根系的变变变变形根系受力特点的研究。形根系受力特点的研究。 2 2）采用）采用变变变变形材料形材料时时时时根系受力特点研究。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 100cm100cm100cm的箱子 ，四面开通，把数显显式推拉力计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计端部的挂钩钩上，地茎从顶顶部垂直伸出，然后在离根部4cm的地方固定拉力计计。 (1)沿轴轴向对对水平分布根系施加外力 1) 只有一级级根的情况下，沿轴轴向对对其施 加外力。 实验平台 2）一级级和二级级根都具备备的情况下，沿轴轴向对对其施加外力。 （2）沿轴轴向对对水平分布根系施加外力 1）只有一级级根的情况下，沿轴轴向对对其施加外力。 2）一级级和二级级根都具备备的情况下，沿轴轴向对对其施加外力。 然后分别记录别记录 其试验结试验结 果和图图形，然后用结结构力学求解器模拟拟根系，对对其求力，与试验结试验结 果对对比。分析根系力的分布特点。 2 外力与地茎成一定的夹夹角时时，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）只有一级级根的情况下，根系所受力的分布特点 2）一级级和二级级根都具备备的情况下，根系所受力的分布特点 （2）垂直分布根系所受力的分布特点 1）只有一级级根的情况下，根系所受力的分布特点 2）一级级和二级级根都具备备的情况下，根系所受力的分布特点 然后分别记录别记录 其试验结试验结 果和图图形，然后用结结构力学求解器模拟拟根系，对对其求力，与试验结试验结 果对对比，分析根系力的分布特点。 3 根系材料的特性对对力的分布特点的影响 具体的试验试验 方法：选选用一级级和二级级根都具备备的水平分布根系，沿轴轴力方向，对对前面所说说的两种类类型的根系施加外力，然后分别记录别记录 其试验结试验结 果和图图形，然后用结结构力学求解器模拟拟根系，对对其求力，与试验结试验结 果对对比，分析根系力的分布特点。谢谢！请各位老师和同学给予宝贵意见和建 议