土研究的起点。通过测定植物根系在特定土壤条件下的抗拉强度，能够更好的定量评价植物根系的加筋固土效应。由于根系是种特殊的材料，因为它参与植物的代谢活动，具有多相非均匀各向异性等特点，并具有扩张抗压和抗曲折的性能，而且在不同的生理状态和环境下，根系微观结构有所差异，因此表现出的根系的力学性质也存在很大的差异性。室内拉伸试验能测量单根样本的抗拉强度，根系的拉伸强度测万方数据三峡大学硕士学位论文,万方数据三峡大学硕士学位论文,土研究的起点。通过测定植物根系在特定土壤条件下的抗拉强度，能够更好的定量评价植物根系的加筋固土效应。由于根系是种特殊的材料，因为它参与植物的代谢活动，具有多相非均匀各向异性等特点，并具有扩张抗压和抗曲折的性能，而且在不同的生理状态和环境下，根系微观结构有所差异，因此表现出的根系的力学性质也存在很大的差异性。室内拉伸试验能测量单根样本的抗拉强度，根系的拉伸强度测量过程更直观，最终数据也能有效地用于研究根系的抗拉强度与其尺寸之间的关系,且试验操作简捷性和可行性较高，故本研究中选用室内拉伸试验来研究根系的抗拉力学性能。根系拉伸试验方法试验装置简介本试验研究中用到的仪器和工具有拉力计支座台架附带夹具数显标尺数显游标卡尺直尺和量角尺等。游标卡尺用于测量根系的直径根系直径测量取根系两端和中间的直径次测量值的平均值。考虑测量所需满足的精度量程要求及读数的方便，本试验选用数显游标卡尺如图，卡尺最小分辨率为，外径测量误差为，测量范围为。直尺用于在定精度范围内测量根系样本的长度，其最小分辨率为量角器用于量测根系的分布角度，最小分辨率为。数显拉力设备由拉力计标尺制作台架夹具和数据导出设备组成，用于测量根系样本的极限抗拉力。根据前人研究中草灌植物根系单根抗拉强度试验值，满足试验测量过程中测力大小范围和精度的要求，选用量程为，分度值，精度的数显式推拉力计。数显式推拉力计如图可以自动记录拉力峰值，通过数据线连接导入电脑后可以采用同步软件进行分析，数显拉力计附带支座台架和最小分辨率为的标尺。图数显游标卡尺图根系拉力测量仪器组装图万方数据三峡大学硕士学位论文根系抗拉计算理论植物根系单根的抗拉试验遵循如下假设和原则假设试验拉伸根段形状为理想圆柱体，根系直径取次测量根系样本不同部位直径的平均值保证根系发生拉伸断裂破坏位置远离夹具端，避免夹具作用破坏根系组织而产生误差根系在拉伸过程中始终保持拉力方向与根系轴线致，且在拉伸试验过程中应选取夹具最佳的锚固状态。拉伸根系直至断裂破坏，读取数显式推拉力计峰值读数，结合数显游标卡尺测量的根系的平均直径。那么根系的抗拉强度计算方法如式中所示。式中，为测量根系样本的平均直径。根系在受拉过程中如果发生这两种情况，测定的数据应舍弃根系在受拉测试过程中，因根系与夹具的摩擦不够而从夹具中拉脱夹具所提供的夹裹力过大破坏的根系局部结构而导致根系在根系夹紧处破坏。试验研究的内容及步骤挖掘出选定植物的根系，在统计完根系深度分布角度分布及直径分布后，将根系装入保鲜袋中密封并带回试验室在条件下冷藏。根系在进行拉力测试前用的酒精对根系进行清洗处理，所有根系拉伸试验在天内完成。先用夹具固定供试验用的外观完整的的根段，用卫生纸包裹根系与夹具接触，以防止根系在拉伸过程中发生拉脱现象或由于夹具夹持根系过紧而破坏根系结构导致根系在夹口处破坏。将根系两端用夹具固定之后应适当紧固夹具，并调整螺旋支座台架，使接近于受拉状态，将拉力计和数显标尺读数置零后进行拉伸试验，试验过程中记录极限抗拉力及荷载作用下的根系位移变形。根系分布调查及拉伸试验结果样地土壤及根系含水率用直径为的环刀对样地进行土壤取样并密封保存，样地共取土份。将取得的土样带回实验室称重后放入烘箱，在条件下经过小时烘烤至衡温。测得样地土壤密度为,土壤含水率为。取根系样本用的酒精清洗后测量其含水率。具体方法为将植物根系用酒精洗净待表面酒精挥发完全后称量其重量，放入烘箱中在环境下烘烤，根系含水率按式进行计算，测得根系的天然含水率为。万方数据三峡大学硕士学位论文式中，烘烤处理前根系的质量条件下烘烤后根系的质量根系分布调查多花木蓝根系采集点为三峡大学保卫处边坡生态修复工程，采用沟挖法和整株挖掘法相结合调查样地内植物分布情况，并取样进行长度和直径的测量统计。多花木蓝是直立灌木，豆科木兰属植物，生长于山坡草地灌丛中水旁路旁，少分枝，适应性强，不择土壤。根系发达，支根须根多，且密集于土壤表层。多花木蓝根系为水平根系，根系直径范围为，且每根水平主根上都有少量直径小于的毛根，坡面向上生长的根系直径要比坡面向下生长的根系直径小但密度大，从整体上看，根系主要分布在土体浅层范围内。其中根系采样情况如图所示。图多花木蓝根系图多花木蓝根系拉伸试验结果及分析植物生长的土壤条件根龄根系的结构组成及根系的空间分布状态等因素，都会不同程度地影响根系的极限抗拉力及抗拉强度，因此，不同植物根系的极限抗拉力及抗拉强度般不同。本试验仅对位于该特定样地的多花木蓝根系进行了测定，试验共对个多花木蓝根系样本进行了拉伸试验，测试成功的有个样本。所测得的多花木蓝根径及极限抗拉力值及拉伸情况如表所示万方数据三峡大学硕士学位论文表多花木蓝根系拉伸试验记录表序号直径极限抗拉力极限抗拉强度平均直径表多花木蓝根系单根的拉伸情况植物类型拉伸有效根样数根系直径平均值标准差极限抗拉力平均值标准差根系强度平均值标准差多花木蓝由表可知，样本根系的最大根径为，其极限抗拉力达到，最小根径为，极限抗拉力为。利用式和式计算多花木蓝根系在拉伸过程中的极限抗拉力和极限抗拉强度，将根系平均直径与拉伸过程中的极限抗拉力及极限抗拉强度进行拟合，得到多花木蓝根系极限抗拉力及极限抗拉强度与其直径间的关系如图。拟合结果表明多花木蓝根系的极限抗拉力及极限抗拉强度与根系直径间的幂函数关系显著。万方数据三峡大学硕士学位论文多花木蓝根系极限抗拉力与根径间表现为正的幂函数关系，拟合关系式为式中，单根极限抗拉强度根系直径。多花木蓝根系极限抗拉强度与根径间为负的幂函数关系，拟合关系式为式中，单根极限抗拉强度根系直径。多花木蓝根系的直径极限抗拉力图多花木蓝根系极限抗拉力与直径间的关系多花木蓝根系的直径极限抗拉强度图多花木蓝根系极限抗拉强度与直径间的关系研究表明，对于定土壤环境下生长期内的植物，植物根系直径相对于其根皮性质和结构对根系强度影响较明显时，根系的极限抗拉力与其直径呈显著的线性关系,。但事实上，根皮的力学特性根系结构组成会在很大程度上影响根系的抗拉万方数据三峡大学硕士学位论文性质。大量研究表明，用幂函数关系来衡量根系强度与直径间的联系比其他几种简单的回归形式具有更好的相关性，同时，这关系也表明细根的抗拉强度要高于粗根。不同种类植物的根系抗拉强度般不同。查阅文献资料并结合本试验结果，发现多花木蓝根系较般的草本植物根系如麦冬香根草等具有更大的抗拉强度。随着土体滑动并发生剪切破坏，穿过剪切面的根系受到拉伸，根系的抗拉强度越大，即表示其固土能力越强。由于灌木根系中含有较多的木质且质地坚硬，而草本植物根系中有细小的维管束分布，灌木根系中木质部比草本植物根系更为发达，因而灌木根系的抗拉强度般大于草本植根系。根系微观结构根系是种可以在多尺度下研究的天然的复合材料，通过对植物根系微观结构进行观察分析，得出根系微观结构和微观力学性能的关系，并最终建立根系微观力学与宏观力学两者之间的联系。根系是