循环荷载对紫穗槐根系力学特性的影响

来源 :内蒙古农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xukaiboy123
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本文以神府东胜煤田采煤塌陷区常见固土植物种紫穗槐(Amorpha fruticosa)为研究对象,采用TY8000伺服控制试验机,研究循环荷载对其1-5mm根径范围内直根、含侧根分支处根段抗拉、抗拉剪组合力学特性的影响,以及在受力过程中的变形特性。本研究能够充实根系固土力学机制,为神东矿区植被建设提供一定的理论依据。主要研究结果如下:(1)循环荷载不改变紫穗槐直根、含侧根分支处根段的力学特性与根径的相关性。1-5mm根径范围内紫穗槐直根、含侧根分支处根段承受轴向、径向单次荷载、循环低荷载、循环高荷载、交变荷载后的极限抗拉力、极限抗拉剪组合力与根径均呈幂函数正相关,极限抗拉强度、极限抗拉剪组合强度与根径均呈幂函数负相关。(2)轴向与径向循环高荷载、交变荷载均可以显著提高紫穗槐直根、含侧根分支处根段的强度(p<0.05)。其中1-5mm根径范围内,紫穗槐直根段经轴向循环高荷载、交变荷载后直根段抗拉强度分别为单次荷载的1.23倍、1.2倍。含侧根分支处的抗拉强度分别为单次荷载的、1.49倍、1.23倍。直根段经径向循环高荷载、交变荷载后的抗拉剪组合强度分别为单次荷载的1.31倍、1.36倍。含侧根分支处的抗拉剪组合强度分别为单次荷载的1.52倍、1.46倍。此外,径向低荷载循环也可以显著提高含侧根分支处根段的抗拉剪组合强度(p<0.05),其中平均抗拉剪组合强度为单次荷载的1.43倍。(3)1-5mm根径范围内,紫穗槐直根、含侧根分支处根段分别承受轴向与径向单次荷载、循环低荷载、循环高荷载、交变荷载后的抗拉力与抗拉剪组合力无显著差异(p>0.05),抗拉强度与抗拉剪组合强度也无显著差异(p>0.05),表明紫穗槐直根与含侧根分支处根段在不同加载方式下,抗拉强度与抗拉剪组合强度均无显著差异。(4)不同荷载类型下紫穗槐直根、含侧根分支处根段的本构曲线表现出不同的特征。直根、含侧根分支处根段在承受轴向单次荷载与经循环低荷载、循环高荷载、交变荷载后的本构曲线均表现出上凸型曲线特征,而直根、含侧根分支处根段在承受径向单次荷载与经循环低荷载、循环高荷载、交变荷载后的本构曲线均表现出下凹型曲线特征,即轴向荷载下根系的应力随应变的增加增幅逐渐变小,而径向荷载下根系的应力随应变的增加增幅逐渐变大,表现为轴向荷载下受力初期的抗拉特性大于受力后期,而径向荷载下受力后期的抗拉剪组合特性大于受力初期。(5)紫穗槐直根、含侧根分支处根段承受轴向循环荷载过程中,其F-S图像表现出相似的弹塑性特征,加载曲线存在明显拐点,拐点之前根段发生弹性变形,拐点之后根段发生弹塑性变形,曲线分布随加载次数的增加逐渐密集,即根段的变形逐渐趋于稳定,其中直根段承受轴向循环荷载50次的过程中,低荷载循环末次产生的应变为首次的54.2%,高荷载末次产生的应变为首次加载时产生应变的39.63%。紫穗槐直根、含侧根分支处根段承受径向循环荷载过程中其F-S图像同样表现出相似的弹塑性特征,随加载次数的增加,曲线分布也逐渐密集,其中低荷载循环过程中,末次加载产生的应变为首次的34%,高荷载循环过程中,末次加载产生的应变为首次加载产生应变的25.13%。
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