【摘 要】
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植物的根系将土壤覆盖层锚固在下方的基岩上,可以极大地提高土体的抗剪强度。根系的力学性质一般包括根系的抗拉特性及根土界面摩擦性能,根系和土壤之间的摩擦力对于固持土体至关重要。自然界的植物根系承受山洪冲击、风雪荷载,相当于直接或间接地对根系施加了疲劳荷载的作用。本研究以冀西北地区常见乔木(白桦和落叶松)根系为研究对象,从根系直径、根系埋深、土壤含水率、生长环境(海拔)、生长方向和树种等方面考虑,对土中
【基金项目】
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国家水体污染控制与治理科技重大专项子课题二“山地灌草丛荒溪生态重建与坡面蓄流技术”(2017ZX07101002-002);
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植物的根系将土壤覆盖层锚固在下方的基岩上,可以极大地提高土体的抗剪强度。根系的力学性质一般包括根系的抗拉特性及根土界面摩擦性能,根系和土壤之间的摩擦力对于固持土体至关重要。自然界的植物根系承受山洪冲击、风雪荷载,相当于直接或间接地对根系施加了疲劳荷载的作用。本研究以冀西北地区常见乔木(白桦和落叶松)根系为研究对象,从根系直径、根系埋深、土壤含水率、生长环境(海拔)、生长方向和树种等方面考虑,对土中根系进行了单调荷载的直接拉拔试验,同时对单调拉拔后完好的根系进行了循环拉拔,以根系直径、根系埋深、土壤含水率、树种及不同的循环加载幅值为研究变量,探究并比较了单调及循环荷载下根土界面的摩擦性能,研究结果对冀西北地区林木树种的选择和生态环境的保护具有重要的意义,结果表明:(1)白桦根系在单调荷载作用下拔出过程中,有完整拔出和拔断破坏两种破坏模式,除了拔出和拔断破坏模式外,直径最小的落叶松根系发生了表皮滑落拔出破坏。循环加卸载作用后,不同的循环加载幅值下,土中根系有着不同的破坏模式。(2)单调荷载作用下白桦根系土壤摩擦力随着根系埋深、根径的增大而增大;土壤含水率由11.85%增大至17.85%,根土摩擦力先增后减;不同海拔位置、不同生长方向的根系,其根土界面摩擦力也有所差异。冗余分析结果表明,各影响因素与根土界面摩擦指标均呈正相关,根系直径和海拔对根土界面摩擦力贡献接近且较高。直径较小时的落叶松根系易发生拔断破坏,直径较大的落叶松根系整体抗拔性能较白桦的更强。(3)循环荷载作用下,根系表皮粗糙程度的不确定性,根系周围土壤颗粒的随机分布性及根系土壤间的可变粘结条件,造成了根土界面摩擦特性不同,导致不同循环加载幅值下、不同根系的拔出力-滑移曲线(循环加卸载段)形状不同。但重复荷载作用下的拔出力-滑移曲线的共同特征是在施加循环加卸载作用时,加载和卸载路径不重合,形成滞回曲线,呈现一定的周期性特征,不同循环加载幅值下滞回曲线的演化规律不同。(4)循环加卸载使得根系被不断的拔出与缩回,引起根土界面的粘结损伤积累,导致根土界面抗滑移能力不断衰减,滑移和残余滑移的值随着循环加载次数的增加而增加。循环荷载作用下,不同的因素对根土间的粘结性能有着不同程度的影响,根系直径、根系土中埋深和土壤含水率会影响根系土壤粘结力的分布,恒定荷载上限的负载循环只会使根土间的的粘结性能逐渐变差。
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