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《贵州大学》 2019年
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喀斯特地区常见灌木树种根系构型及根土复合体力学性质研究

黄同丽  
【摘要】:根系能够提高土壤强度、抑制浅层滑坡的发生,根系的固土护坡效果主要取决于根系构型、根系抗拉特性以及根系与土壤之间的相互作用力。本研究在野外对根系进行挖掘和调查结合室内实验,以黔中地区常见灌木为研究对象,从根系构型、单根抗拉力学特性、整株抗拉以及根土界面摩擦特性等方面分析了植物根系固土能力的影响因素。主要研究结果如下:(1)3种灌木根系拓扑指数均趋近于1,趋向于鱼尾型分支模式,火棘、多花木蓝、双荚决明对喀斯特生境的适应策略相似,均通过减少根系分支,增加根系连接长度的策略适应喀斯特土层浅薄、岩石裸露生境。此外,3种灌木根系在水平方向上的分布不均,且具有不确定性。(2)异叶鼠李的平均极限抗拉力与抗拉强度均显著低于多花木蓝和火棘。,多花木蓝和火棘的平均抗拉强度分别比异叶鼠李高1.63与1.76倍。火棘的平均极限延伸率高于多花木蓝和异叶鼠李,分别比多花木蓝和异叶鼠李高1.22、1.35倍。3种灌木的单根极限抗拉力与根径呈幂函数正相关关系。抗拉强度、极限延伸率与根径无显著相关性。不同标距的火棘单根极限抗拉力表现为10cm5cm15cm,不同标距的多花木蓝单根极限抗拉力表现为10cm15cm5cm,多花木蓝与火棘在标距为10cm时抗拉力最大;异叶鼠李单根极限抗拉力与标距为负相关关系,3个标距的单根极限抗拉力具体表现为5cm10cm15cm。随着标距的增大,单根抗拉强度表现出减小趋势。异叶鼠李单根极限抗拉力在2个拉伸速率无明显差异,拉伸速率对异叶鼠李单根极限抗拉力无显著影响。绝大多数应力-应变曲线为一条斜率渐减的上凸曲线,拉伸初期,应力与应变呈线性增长关系,对根系持续施加荷载,应力与应变逐渐偏离线性,转变为非线性关系,拉拔过程中应力-应变曲线的斜率逐渐减小。直至达到极限应力后,根系发生断裂。多花木蓝根系应力-应变的曲线具有多峰现象。(3)根土界面摩阻特性试验结果有摩擦破坏与拉断破坏两种形式,摩擦破坏的过程曲线(位移-抗拉拔力曲线)大体上可以分为急剧上升、急剧下降与缓慢下降三个阶段;拉断破坏的过程曲线与单根拉伸过程曲线相似。多花木蓝、火棘与异叶鼠李的单根抗拉拔力大体上均随着根径的增大而增大,在15%~25%含水率范围内,多花木蓝根系最大抗拉拔力随着土壤含水率的增加先增大后减小,火棘根系抗拉拔力随着土壤含水率的增加持续增大,异叶鼠李根系抗拉拔力随着土壤含水率的增加表现出减小的趋势,不同树种的最适含水率各异。多花木蓝、火棘、异叶鼠李在土壤干密度1.18g/cm~3~1.28 g/cm~3范围内,3种灌木的单根抗拉拔力均随着土壤干密度的增加单调递增。(4)火棘根系主根明显,整株拉拔初始阶段,抗拉拔力随拉拔位移的增加呈线性急剧增大,且在拉拔位移在5-10cm时抗拉拔力达到峰值。达到最大抗拉拔力后,抗拉拔力呈波浪式减小。香叶树没有明显的主根,整株拉拔过程与火棘相似,但香叶树的拉拔力-位移曲线波动幅度较小。在拉拔位移为6-10cm时,抗拉拔力达到峰值。(5)自制模型根拉拔试验结果表明侧根数越多,侧根长度越长,抗拉拔力越大,较长的侧根增加了根系与介质的接触面积。侧根与主根夹角为30°时,抗拉拔拔力最大,夹角为60°时次之,侧与主根夹角为90°时的抗拉拔力最小。说明垂直根的抗拉拔能力优于水平根。(6)在根系分支情况、根系连接长度等根系构型特征相近的条件下,火棘根系的抗拉特性与根土摩擦力均优于多花木蓝,说明火棘根系固持土壤与防治浅层滑坡的能力优于多花木蓝。
【学位授予单位】:贵州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:S718.4

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