郭丰英开题报告

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，植物固土抗蚀是近年来植物生物学研究的热

2、点，受到广泛关注，根系对固土起主要作用，目前对根系受到广泛关注，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：固土的研究主要表现在三个方面： （1 1）根系抗拉力学性能研究）根系抗拉力学性能研究 （2 2）根）根- -土复合体抗剪特性的研究土复合体抗剪特性的研究 （3 3）根）根- -土界面摩擦特性研究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。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

3、得出根系固土的最佳效果。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，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。转向了根系固土

4、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：根系固土生物力学特性的研究主要有三方面： 根系抗拉特性、根根系抗拉特性、根- -土复合体抗剪特性、根土复合体抗剪特性、根- -土界面的土界面的摩擦特性来反映的。摩擦特性来反映的。 （1 1）根系抗拉特性的研究）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。物根系的抗拉力学特性表现不同。 1986 1986年阿部和时、岩元贤等对日本柳杉等多种植

5、物年阿部和时、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。力与根茎呈幂函数正相关关系。19961996年年GrayGray、SotirSotir对不同季节根系进行拉伸试验试验结果表明，由于冬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季土壤含水量较小，导致冬季根系的抗拉强度比夏季的大，的大，20072007年我国学者陈丽华等对冷杉、杜鹃等树木年我国学者陈丽华等对冷杉、杜鹃等树木根系进行了应力根系进行了应力- -应变关系的试验研究，结果表明根应变关

6、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。系的应力应变关系用抛物线模型模拟比较理想。 （2 2）根）根- -土复合体抗剪特性土复合体抗剪特性 1968 1968年远藤泰等人对栽植白桦和赤杨的剪切箱进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，抗剪强度增量行剪切试验发现，在自然含水状态下，抗剪强度增量S S与剪切样品中根系容积质量与剪切样品中根系容积质量M M（g/mg/m2 2) )成线性关系增成线性关系增加，即为加，即为S=0.093S=0.093（M-53M-53）。）。19961996年杨亚川等人对野年杨亚川等人对野燕麦、狗尾草为主要植

7、被的土壤草本植物根系复合体燕麦、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，抗剪强度与正压力符合库仑定律， （3 3）根）根- -土界面摩擦特性的研究土界面摩擦特性的研究 根系与土体界面的作用特性，决定根根系与土体界面的作用特性，决定根- -土复合体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，体抗剪强度增量的主要因素，20062006年宋维峰对林木根年宋维峰对林木根系固土力学机制进行研究根系

8、固土力学机制进行研究根- -土复合体之间的摩擦特性土复合体之间的摩擦特性主要与垂直土压力、土壤密度、土壤含水量等因素与垂直土压力、土壤密度、土壤含水量等因素 有关等等。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植物根系穿插与土壤中, ,就类似于钢筋包裹在混凝土中，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

9、解固可以从组合梁作用、挤压加固作用等几个方面来解释。释。 实验材料和仪器 （1 1）试验所用的材料：一种是忽略变形的根系，采）试验所用的材料：一种是忽略变形的根系，采用直径为用直径为3mm3mm的铝丝，另一种是考虑变形的根系，采用的铝丝，另一种是考虑变形的根系，采用弹性模量为弹性模量为1.29GPa1.29GPa的弹性材料。的弹性材料。 （2 2）试验所用的仪器是）试验所用的仪器是HG-100HG-100数显式推拉力计，它数显式推拉力计，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、峰值切分辨率、携带方便等

10、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 研究方法 1 1 不同根系分布的受力特点研究不同根系分布的受力特点研究 100cm100cm100cm100cm100cm100cm的箱子的箱子 ，四面开通，把数，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

11、，地茎从顶部，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，然后在离根部部垂直伸出，然后在离根部4cm4cm的地方固定拉力计。的地方固定拉力计。 (1) (1)沿轴向对水平分布根系施加外力沿轴向对水平分布根系施加外力 1) 1) 只有一级根的情况下，沿轴向对其施只有一级根的情况下，沿轴向对其施 加外力。加外力。 实验平台 2 2）一级和二级根都具备的情况下，沿轴向对其施）一级和二级根都具备的情况下，沿轴向对其施加外力。加外力。 （2 2）沿轴向对水平分布根系施加外力）沿轴向对水平分布根系施加外力 1 1）只有一级根的情况下，沿轴向对其施加外力。）只有一级根的情况下，沿轴向对其施加外力。

12、 2 2）一级和二级根都具备的情况下，沿轴向对其施）一级和二级根都具备的情况下，沿轴向对其施加外力。加外力。 然后分别记录其试验结果和图形，然后用结构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。析根系力的分布特点。 2 2 外力与地茎成一定的夹角时，根系力的分布特点研究外力与地茎成一定的夹角时，根系力的分布特点研究 （1 1）水平分布根系所受力的分布特点）水平分布根系所受力的分布特点 1 1）只有一级根的情况下，根系所受力的分布特点）只有一级根的情况下，根系所受力的分布特点 2 2）

13、一级和二级根都具备的情况下，根系所受力的）一级和二级根都具备的情况下，根系所受力的分布特点分布特点 （2 2）垂直分布根系所受力的分布特点）垂直分布根系所受力的分布特点 1 1）只有一级根的情况下，根系所受力的分布特点）只有一级根的情况下，根系所受力的分布特点 2 2）一级和二级根都具备的情况下，根系所受力的分布）一级和二级根都具备的情况下，根系所受力的分布特点特点 然后分别记录其试验结果和图形，然后用结构力学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。根系力的分布特点。 3 3 根系材料的特性对力的分布特点的影响根系材料的特性对力的分布特点的影响 具体的试验方法：选用一级和二级根都具备的水具