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[目的]为了揭示林木根系固土的力学机制,以根土复合体为研究对象,应用有限元程序ANSYS 12.0,研究油松单根与土壤间的摩擦特性。[方法]将根土复合体视为根、土和根土接触面3部分组成的离散化模型,油松单根采用线弹性本构模型,土体采用理想弹塑性本构模型。根据三轴压缩试验及根系拉拔试验计算出的模型参数,运用非线性有限元法模拟在不同埋深,不同直径下的单根拉拔试验。分析根土复合体的摩擦力与滑移量的变化关系,绘制关系曲线。将数值分析结果与拉拔试验数据进行对比。[结果]有限元模拟结果与根系拉拔试验结果基本一致:根土间初始摩擦力和峰值摩擦力随根系的埋深和直径的增加而增大,峰值滑移量随根系埋深增加而增大。[结论]建立的单根复合体有限元模型可以用于根土摩擦特性的研究,并为进一步对多角度的立体群根根系进行数值分析提供依据。 相似文献
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黄土高原水土流失严重，自然灾害频发，而植被可有效减少浅层滑坡，其中根系加固是对环境有利的土壤稳定措施。为定量研究植物根系对土体的增强效果以及根土复合体在力的作用下的变形发展规律，该研究将根土复合体视为天然纤维增强复合材料，基于均匀化理论，构建根土复合体的数值计算模型。利用有限元软件的二次开发功能，建立周期性边界条件，对根土复合体单胞的等效弹性模量和强度参数进行计算；通过根土复合体的三轴压缩试验和数值模拟，验证单胞计算理论的准确性；最后对单胞进行细观力学分析。研究表明：1）该研究建立的根土复合体单胞模型，可有效预测其等效弹性参数，与试验相比，轴向弹性模量相对误差为2.2%。2）单胞模型可以预测根土复合体的黏聚力c和内摩擦角φ，与试验相比，c和φ仅相差4.41 kPa和0.93°；在保证精度的同时大大提高了计算效率（与标准尺寸试件模型相比减少了90%的单元数）。3）根系的存在允许土体产生更大的变形和承受更大的应力。研究成果从周期复合材料的角度为黄土高原根系固土机理研究提供了新思路。 相似文献
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把植物防护后的边坡土体看作由土和根系组成的根-土复合体,建立根-土相互作用力学模型,定量分析植物根系的加筋作用,从而增强边坡土体的抗剪强度,减小水土流失和边坡病害的发生。为边坡工程的设计计算提供一定的参考。 相似文献
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花棒根-土复合体直剪试验的有限元数值模拟与验证 总被引：2，自引：4，他引：2
为深入了解花棒(Hedysarum scoparium)根系在增强土壤抗剪强度中的作用机理,同时减少试验成本和挖掘根系对环境的破坏,该文采用有限元数值模拟的方法研究了宁夏毛乌素沙地5 a生人工种植花棒根系的根截面积比(root area ratio,RAR)和垂直荷载对根-土复合体抗剪强度的影响,并对模拟结果进行了试验验证。研究表明:花棒根-土复合体的抗剪强度与垂直荷载的关系符合摩尔库伦(Mohr–Coulomb)屈服准则,花棒根系对土壤的抗剪强度有显著的提高作用。随RAR的增加,花棒根系表观黏聚力(root apparent cohesion,SR)呈线性增加(R20.9)。在相同的RAR下,花棒根-土复合体抗剪强度相对于素土抗剪强度的增长率随垂直荷载的增加逐渐降低,符合对数函数变化规律(R20.9);在相同的垂直荷载下,随RAR的降低,花棒根-土复合体抗剪强度相对于素土抗剪强度的增长率呈线性递减(R20.9);在较低垂直荷载的情况下,花棒根系提高土壤抗剪强度的作用更明显。研究发现与素土相比花棒根-土复合体的剪应力峰值出现较晚,当土壤出现明显塑性变形时,花棒根系的固土能力才能体现出来。数值模拟结果和室内试验结果显示:利用该文所建立的花棒根-土复合体直剪试验的有限元数值模型,模拟计算的根-土复合体抗剪强度与室内试验结果基本一致,相对误差绝对值的平均值1.87%,花棒根-土复合体的直剪试验可以通过该研究所建立的有限元数值模型来模拟。研究结果对于深入了解植物根系加固土壤的作用机理和推进根-土相互作用的数值模拟研究具有重要参考意义。 相似文献
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[目的] 为探究根土复合体的力学效应机理及模型方法应用。[方法] 采用文献分析和对比分析法,归纳分析根土复合体概念和内涵、根土复合体力学效应及力学模型原理、优缺点以及适用范围。[结果] (1)根土复合体是根系与土体之间力学耦合效应的复合整体,根系在土体中交叉缠绕,起到加固作用;(2)根系与土体力学关系实质上是根土复合体土力、水力和复合力学特性作用的结果,土力特性、水力特性分别侧重研究根系对土体的影响和土中水分对土体和根系的影响,复合力学特性侧重于根土复合体自身特性对植物根系特征以及结构的直接影响,从而通过三者作用使根系与土体的力学关系处于动态平衡之中;(3)根土复合体复合力学模型研究较土力和水力学模型略少,土力学和水力学模型都是根据量化参数,通过参数间对比来衡量固土效果,但复合力学特性同时涉及土力特性和水力特性,考虑全面,应是未来研究的重点方向。[结论] 未来在开展冻融循环、干湿交替、干热循环对不同地区根系与土体相互作用的影响、多类型植物混种抗剪强度、化学作用和微生物作用对土水特性影响机理及复合模型构建等方面有待深入研究。研究结果可为生态脆弱区植被恢复、水土保持和可持续发展等提供重要的理论价值和工程借鉴意义。 相似文献
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设计和实施治理重力侵蚀的生物工程措施需要深入地分析和研究树木根系对土体的抗倾覆力学特性。本文以单株鲱骨（Herringbone）状根构型为研究对象建立二维有限元模型,通过控制侧根与主根的夹角、删减根系不同部分等方法,建立了12种不同几何形态的鲱骨状根结构,并分别验证其在黏土和砂土中的抗倾覆力,由此定量评价根系的不同部分和土壤的差异分别对土体抗倾覆力的贡献率。模拟结果显示:浅层侧根的作用是不可低估的,在黏土中,其贡献率约占整个固土效果的35%40%;根、土复合体在整个破坏过程中形成一个旋转轴,此轴的位置随根系形态、土壤类型的不同而变化。 相似文献
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基于渐近均匀化理论的黄土高原草本植物固土效果模拟 总被引：2，自引：1，他引：1
黄土高原是中国水土流失和浅层滑坡灾害最严重的地区之一,而植被根系能有效抑制浅层滑坡。黄土高原草系分布广泛,根系在空间配置上具有鲜明的周期重复特征,计算大量根系的边坡固土效果非常复杂。该文利用渐进均匀化理论,构建"根系-土体"复合土体本构关系,通过与已有研究对比说明,该文所述方法计算三维本构关系具有较高精度。为说明均匀化方法在含根群边坡中的准确性和高效性,该文基于有限元软件ANSYS,进一步模拟了含草边坡和无草边坡的应力和应变分布规律。数值模型设置为3组,分别是无草边坡模型、含草边坡的分离式模型,以及基于该文均匀化理论的含草边坡模型。该文进一步采用观察等效塑性应变区是否贯通作为边坡失稳临界状态的标准,利用强度折减法计算了边坡安全系数。研究表明:1)渐进均匀化理论不仅能准确地构建根土复合体本构关系,而且极大地减少了模型计算工作量(减少了95.58%的单元数)。2)披碱草根系能改善边坡浅层土体的应力场,使得根系分布区内的剪应力更加均匀,使坡体浅层更趋于稳定。3)当边坡坡度较小时(坡角为30°),无草边坡安全系数较大(F=4.28),根系对边坡的稳定性加持较小(平均仅提高2.92%);当坡角增大到45°时,无草边坡安全系数下降为2.90,而含草边坡平均安全系数提升了13.45%,根系固土效果更加显著。 相似文献
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水土流失是限制山区坡耕地持续利用的主要问题。为探讨农作物根系固土机理,本文采用无侧限压缩试验测定了素土、玉米和大豆成熟期根土复合体的抗剪强度和应力应变特性,WinRHIZO（Pro.2019）根系分析系统测定了根系构型特征,分析了根土复合体力学特性与根系特征参数间的关系。结果表明：①玉米和大豆根系能显著增强土体抗剪强度（P＜0.01）,其根土复合体强度相对素土分别提高了117.65%和71.91%;②两种农作物根土复合体黏聚力c与根长密度、根表面积密度、根体积密度、根重密度均呈极显著正相关（P＜0.01）,其中D≤1mm细根对黏聚力增量Δc的贡献大于其他径级根系;③根系构型性状中,玉米根分支数高于大豆45.44%且各径级根系分布更均匀,其根土复合体随含根量的增加在破坏时表现出弱应变硬化特征且裂缝拓展变缓,侧向变形减小。综上：农作物根系均能增强土体抗剪强度,但根系结构类型不同则对土体力学特性的影响不同,细根和分支数较多的玉米根系更能有效增强土体强度和约束变形,因此须根系玉米对表层土体的固持能力优于直根系大豆。坡耕地利用中,可以通过合理布局须根系农作物来防治水土流失。 相似文献
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尖萼金丝桃根系对边坡土体抗剪强度的影响 总被引：2，自引：2，他引：0
[目的]探讨根系单根抗拉拔强度对边坡土体抗剪强度的影响,定量分析根系对边坡土体抗剪强度的增强作用,为评价植物根系增强边坡土体抗剪切性能提供依据。[方法]以2 a生尖萼金丝桃根系及其组成的根土复合体为研究对象,分别进行室内单根拉拔试验和根土复合体剪切试验,获得根系的抗拉强度及根土复合体试样黏聚力值;在此基础上分析根系抗拉强度与根土复合体黏聚力值之间的关系。[结果]尖萼金丝桃根系抗拉强度与根系直径存在负向幂函数关系,相关性系数均大于0.92;根系拉拔位移、抗拉拔力均与根系直径呈正相关关系,拉拔位移与抗拉拔力之间也表现为显著正相关关系;抗拉强度与根系直径、拉拔位移、抗拉拔力两两之间均呈负相关关系;根土复合体的黏聚力相较于无根素土均有不同程度的增长,增幅达17.25%～94.76%,黏聚力、黏聚力增长率均与根土面积比、根土体积比呈正相关关系。[结论]尖萼金丝桃根系拉拔特征对边坡土体抗剪强度产生显著的影响,边坡土体抗剪切性能评价指标与根系拉拔特征变化密切相关。 相似文献
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Suyundukov Ya. T. Suyundukova M. B. Bezuglova O. S. Khabirov I. K. Khasanova R. F. Semenova I. N. Rafikova Yu. S. Ilbulova G. R. 《Eurasian Soil Science》2022,55(1):27-35
Eurasian Soil Science - The results of the study of the properties of urban soils of the city of Sibay located in the mining region of the Republic of Bashkortostan are presented. A specific... 相似文献
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物联网是一个集信息通信、数据交换、传感器技术与软件工程于一体的综合性产业,探讨和分析了物联网的结构体系与发展中遇到的安全问题。 相似文献
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荔枝种子从果实中剥离出来后, 即使在室内条件下, 也极易失水干缩, 潮湿环境中又易发霉而腐烂。扫描电镜观察表明: 种皮上布满纹孔, 水分散失面积很大; 种脐部为疏松的海绵组织, 且营养丰富。据此, 生产上应对种子彻底清洗, 并保存于适当湿度的环境中, 以提高其发芽率。 相似文献
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三门峡水库库岸坍塌成因分析与防治措施研究 总被引：10，自引：0，他引：10
三门峡水库自1960年9月蓄水运行以来,库岸坍塌现象频繁发生,平均每年塌岸0.5～0.7亿m3.指出了造成库岸坍塌的原因主要是地质环境的影响以及水力条件的变化;不同的地形、地貌、地质结构和岩性特征,表现了不同的塌岸强度,其中黄土塬区为极强塌岸段,黄河Ⅱ级阶地为强烈塌岸段,黄河Ⅰ级阶地为中等强烈塌岸段;分析了引起库岸坍塌的主要水力条件有大气降水、地表水和地下水,并且不同水力条件及其变化特征,对库岸坍塌影响的方式和程度也不同;最后给出了防治库岸坍塌应采用标本兼治的原则,治标是指对塌岸进行必要的加固、支挡、衬砌等;治本就是根据引起塌岸的原因以及不同地质环境条件下的塌岸特征和水力条件,因地制宜,因害设防,从根本上进行综合治理. 相似文献
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Kholodov V. A. Farkhodov Y. R. Yaroslavtseva N. V. Ziganshina A. R. Maksimovich S. V. 《Eurasian Soil Science》2022,55(7):998-1004
Eurasian Soil Science - Layers were step-by-step removed from macroaggregates (2–1 mm in diameter) of Protocalcic Chernozems via successive abrasion in a revolving rotator during 5, 10, 15,... 相似文献
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Unity of mechanisms of water and wind erosion of soils 总被引：1，自引：0，他引：1
An equation for the threshold velocity of the water or wind flow at which erosion of a homogeneous model soil begins was derived on the basis of accepted and explicitly formulated suppositions and limitations and tested using experimental data. The validity of the proposed mechanisms and equations describing the lifting force of the soil-eroding water or wind flow and the interaggregate cohesion in a model homogeneous incoherent soil was confirmed. The limit for the decrease in the threshold flow velocity with decreasing size of the soil particles (aggregates) was theoretically substantiated. The first unified equation of the threshold velocity of the water or wind flow for a homogeneous model soil in dimensionless variables was derived and experimentally justified. 相似文献
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大豆连作障碍的研究进展 总被引：17，自引：0，他引：17
从生物学、微生物学和植物营养生理学的角度及诸多障碍因子等方面,综合评述和分析了国内外大豆连作研究的现状,阐述了目前国内外学者提出的各种应对连作问题的策略和技术措施,提出大豆连作障碍研究仍有待解决的问题和研究方向。 相似文献