摘要：针对现有原位剪切装置不具备防水功能,试验时难以保证推力匀速进给和推力及对应位移数据的同步采集等问题,为了能在水下进行原位剪切试验来测定植物水下根系的固土能力,结合水下原位剪切的特点,设计一种水下根土复合体原位剪切装置。剪切装置由剪切系统、液压系统、数据采集系统和取样框等组成。该装置能在水下正常工作,试验时推力进给匀速,速度可调可控,能同步自动实时采集、读取、记录、存储数据,并绘制剪应力—位移关系曲线。野外试验表明水下素土的抗剪强度为4.23 kPa,是陆上的74.9%,风车草、花叶芦竹根土复合体的水下抗剪强度分别为17.52 kPa和14.38 kPa,是陆上相同RAR根土复合体的56.7%、44%。仿真分析及试验结果表明该剪切装置强度、刚度、精度、稳定性和可靠性均满足使用要求,且能较好的测定水下根系的固土能力。

摘要：为研究自然边坡其强度特性随含水率的变化规律。通过设计不同体积含水率(20%,27%,35%,40%,45%)和2种含根量(RAR=0.1%,0.3%)的重塑土进行不固结不排水三轴试验,以研究含水率对土体破坏方式、抗剪强度和初始切线模量的影响。结果表明:(1)试样破坏模式多为剪切变形和剪胀变形,在含水率为20%,27%时,出现明显剪切贯穿面破裂带,其余含水率下表现为剪胀变形;(2)含水率对根土复合体抗剪强度主要体现在黏聚力上,含水率从20%升至45%时,2种含根量的根土复合体黏聚力分别降低67%,72%;含水率低于35%时,可用对数关系表示,随含水率升高,黏聚力明显降低;含水率达到35%以上时,可用线性关系表示,黏聚力下降速度减缓;含根量增加,抗剪强度提高;(3)不同含根量和围压下根土复合体初始切线模量与含水率关系可以用线性关系拟合,含水率从20%升至45%时,2种含根量的根土复合体初始切线模量平均分别降低43%和47%。综合考虑土体弹塑性和植物因素对土体位移或变形的影响,可提高边坡稳定性计算精度。研究结果可为植物边坡以及水土保持植被建设治理提供科学参考,丰富根系固土领域的科学理论。

摘要：为了对根土复合体展开深入研究,根据现有剪切试验的不足,文章研发了一种根土复合体原位剪切试验装置,装置由剪切圆环、固定圆环、荷载施加装置、推力测试装置,连接杆、导向槽,导向杆,种植桶等构成。采用该装置进行根土复合体进行剪切试验时不需要现场取样,不对根土复合体产生扰动,并可对不同深度处根土复合体进行剪切试验。通过实际应用验证了装置的可靠性,详述了其使用方法。

摘要：利用三轴试验仪对夹竹桃根土复合体进行固结不排水试验。对根土复合体的应力-应变关系及抗剪强度指标进行研究,分析了根土复合体的破坏荷载及根土复合体在剪切过程中的阻抗机理。试验结果表明:1根土复合体强度和抵抗变形的能力较素土有显著的增强;2根土复合体的黏聚力和内摩擦角都有所提高,其中黏聚力增长十分明显;3根系布置方式对根土复合体强度增长有影响,复合体强度增长顺序为混合放置>相交放置>竖直放置>水平放置>倾斜放置。研究结果对于深入研究植被护坡机理和指导植被护坡工程设计具有十分重要现实意义。

摘要：通过制备重塑根系加筋土试样进行室内直剪试验,探究压实度和含根量对改性膨胀土的抗剪强度的影响,试验结果表明:根土复合体重塑样的抗剪强度与法向压力的关系符合摩尔-库伦定律;复合体基材抗剪强度随压实度增加而增大,随含根量增多而增大,随着压实度增大,其粘聚力与内摩擦角均呈增大趋势,但粘聚力的增幅比内摩擦角大;含根量值与粘聚力呈正相关,而内摩擦角与含根量关系不大;重塑含根土样m值介于1.31~2.31之间,含狗牙根根土复合体在低应力条件下对土体强度的提高更为显著,表明狗牙根根系对于边坡浅层加固效果更好;植物根系显著增强了改性膨胀土的抗剪强度。

摘要：黄连是一种常见的名贵中药材,为了研制黄连收获机械,实现黄连生产过程的机械化,分析黄连拔取过程的力学特征规律必不可少.通过黄连拔取过程的受力分析,自主设计黄连原位机械拔取测试装置,对收获期黄连进行拔取力学试验,统计试验数据并进行对比分析,预测拔取速度、拔取方向、坡度及根土复合体表面积与黄连拔取力之间的关系.结果表明:黄连拔取力主要分布在10~50 N之间,平均拔取力为27.38 N,整体呈现正态分布.黄连的拔取力随拔出时根土复合体表面积增大而增大,二者满足二次多项式函数关系,决定系数为0.76,拔取力随着拔取速度的增大而增大,但较快的速度会导致黄连根茎或茎秆的断裂,因此在保证黄连样品完好的前提下,以20 mm/s的速度拔取效果最佳.黄连多种植在坡地上,相较于铅直方向,垂直于地面方向拔取力平均降低了15.5%;拔取力随着种植坡度的增大而增大,且坡度增加,拔取力的增长幅度也随之增加.研究结果可为黄连生产机械化装备研发提供基础理论依据.

摘要：研究草本植物根土复合体无侧限抗压强度增量与根系分布特征关系,可以为草本植物根系固土能力计算及草种选择提供依据.用应变控制式三轴仪测定了种植在PVC管内3种草本植物根土复合体及素土柱体的无侧限抗压强度,2013WinRHIZO根系分析系统测定了根系分布特征.结果表明:①和素土柱体相比,在0~25 cm深度范围内非洲狗尾草、鸭茅、紫花苜蓿根土复合体无侧限抗压强度增量(Δc)分别为4.75、4.00、1.11 kPa,在25~50 cm深度范围为3.20、2.33、0.83 kPa.②紫花苜蓿的根系平均直径(Da)、根长密度(ρLen)、根表面积密度(ρSA)与另2种草差异极显著.③非洲狗尾草、鸭茅的Δc与含根量(Q)、ρLen、ρSA、根体积密度(ρRV)和Da显著或极显著相关,紫花苜蓿的Δc与ρLen、ρSA极显著相关,与ρRV、Q和Da不相关.结果表明在草本植物根系的Q、ρLen、ρSA、ρRV和Da等分布特征值中ρLen、ρSA与根土复合体Δc显著相关,可用它们来预测根系的固土能力,在受试的3种植物中非洲狗尾草根系固土能力最强.

摘要：[目的]针对植物护坡效应,探究香根草根系的力学特性及其根土复合体强度特征影响因素,为植物护坡工程设计提供参考依据。[方法]利用模型箱模拟红黏土填筑边坡进行香根草种植,利用根系拉拔试验和原状根土复合体直剪试验等室内试验,研究香根草的力学性能及根土复合体强度特征的影响因素。通过对试验结果进行拟合分析及Spearman相关性分析,分别得出了香根草根系直径与抗拉性能的关系及不同指标对其根土复合体抗剪强度的影响效果。[结果]试验香根草根系平均抗拉力为19.05 N,平均抗拉强度为20.12 MPa;香根草根系的抗拉力、抗拉强度与根系直径呈显著的幂函数关系;土中的根重密度RWD随着深度增加而降低。Spearman相关分析结果显示,根重密度RWD与根土复合体的黏聚力c呈正向强相关关系(R=0.882)。[结论]随着香根草根系直径增大,其抗拉力增大,抗拉强度降低;根重密度RWD的提升能显著提高香根草-红黏土根土复合体的黏聚力c,但对于摩擦角φ提升效果不明显。

摘要：植被边坡的稳定性与其含根土体的抗剪强度密切相关,主要受根系和水分的影响。本研究通过直剪试验获取了含根量和含水率与根土复合体抗剪强度的关系,简化含根土的边坡为双层土边坡,利用数值模拟研究不同降雨工况下坡体内孔隙水压力变化和边坡稳定性。得出以下结论:刺槐根系有增强土体抗剪强度的作用,抗剪强度随含水率的增大而降低。不同降雨条件下,边坡表层孔隙水压力的变化基本一致,当降雨强度小于土体入渗能力时,随着降雨强度与持时的增加,孔隙水压力逐渐增大。不同降雨条件对于表层孔隙水压力均有影响,只是程度不同,暴雨影响最大,小雨影响最小。降雨使得边坡的安全系数降低,降雨强度越大,安全系数降低的幅度越大。该研究对于降雨条件下植被型公路边坡的稳定性研究和防灾减灾有一定的参考价值。

摘要：为实现低矮密集型油茶林松土、除草、除灌一体化作业,解决油茶林土壤板结、草灌杂生等问题,设计了立式螺旋松土除草机。通过对油茶林常见杂草、杂灌根系的物理力学特性分析,结合刀具运动分析,设计了立式螺旋耕刀。采用Hertz-Mindlin bonding接触模型建立了根土复合体模型,以降低功耗为目标对刀具参数进行了仿真优化,分析其对根土复合体的扰动情况,并试制样件进行了土槽试验,检验耕作效果,验证了仿真分析的可靠性。仿真结果表明:优化后立式螺旋耕刀对根土复合体的扰动率可达到91.41%,切削土壤时最大功耗为0.16 kW;切削根土复合体时最大功耗为0.77 kW。土槽试验表明:耕刀的耕深稳定性系数为92.34%,碎土率95.00%,除根率95.30%;螺旋耕刀在切削土壤时,实际测得最大转矩为7.93 N·m,比仿真值低6.57%;切削根土复合体时,实际测得最大转矩为34.84 N·m,比仿真值低4.91%,两者比较接近,验证了设计的正确性。设计的立式螺旋松土除草机满足丘陵山地油茶林松土、除草、除灌作业要求。