双荚决明不同弯曲程度单根抗拉变形特性

在西南喀斯特地区,植物根系大多以弯曲形态存在。弯曲根力学特性的研究有助于揭示根系固土机制。为探究不同弯曲程度根系固土的力学性能,揭示其固土护坡机理,以5年生边坡绿化树种双荚决明为研究对象,采用单根拉伸试验,探讨弯曲根抗拉变形特性。结果表明:1)双荚决明不同弯曲程度根系的抗拉力和抗拉强度均表现为顺直根>微弯曲根>弯曲根,极限延伸率为弯曲根(29.26%)>微弯曲根(21.15%)>顺直根(12.14%);2)双夹决明弯曲根抗拉变形过程复杂多样,呈前置段、弹性变形、塑性变形、屈服和撕裂5个阶段,较顺直根多一个前置阶段,应力范围为0.3~5.7 MPa,且弯曲根在弹性变形阶段呈“下凹型”,表现出弯曲根系固土护坡的缓冲性;3)弯曲根的初始受力位移与弯曲程度呈正相关关系,表现为弯曲根受力变形时比顺直根多分担一部分土压力。这部分力的大小直接受弯曲程度影响。双荚决明弯曲根的抗拉变形过程与顺直根有较大差异,且表现出较顺直根更优的护坡特性。本研究结果为弯曲根固土力学性能评价提供参考意义。

多花木兰和双荚决明分叉根拔出过程中根土界面摩擦特性

根系的不同分叉形态和分叉角度在拔出过程中释放的力对根系固土起重要作用,是根系固土力学性质的前置阶段。该研究以边坡绿化常用灌木多花木兰和双荚决明为研究对象,采用拉拔试验方法,研究分叉角度对根系拉拔摩擦力学性质的影响。试验结果表明,分叉根有3种拔出破坏模式:完全拔出、主根断裂和侧根断裂,多花木兰和双荚决明破坏模式以完全拔出为主,分别占总样本的82.61%和86.05%。3种破坏模式下的拉拔力与相对位移曲线(F-S曲线)初始阶段相似,在根系相对位移为0时,拉拔力已经产生,且分叉角度与初始滑移荷载呈显著正相关关系(多花木兰P=0.042,双荚决明P=0.003)。多花木兰和双荚决明分叉角度为60°~90°时,1~2 mm根径峰值位移分别为19.749和17.324 mm;多花木兰和双荚决明分叉角度为0°~30°时,>4~5mm根径峰值位移分别为7.253和4.891mm;根径相同时其峰值位移随分叉角度的增加而增加,根系分叉角度相同时,峰值位移随根径的增大而减小,根径越小,分叉角度越大,峰值位移越大。多花木兰和双荚决明根土界面摩擦系数均随分叉角度的增加而增大,多花木兰平均最大拔出力从大到小的分叉角度依次为>30°~60°、>60°~90°、0°~30°,双荚决明平均最大拔出力从大到小的分叉角度依次为>60°~90°、>30°~60°、0°~30°。分叉根在受拉初始阶段释放的其中一部分力可用土压力来表示,因此可对分叉角度对摩擦力学特性的影响进行定量分析。该研究可为进一步了解根系的固土作用和锚固机理提供依据。