公益性行业科研专项(201304311)
- 作品数：5 被引量：69H指数：4
- 相关作者：曹兵田佳及金楠李才华郭婷更多>>
- 相关机构：宁夏大学北京林业大学更多>>
- 发文基金：宁夏回族自治区自然科学基金公益性行业科研专项更多>>
- 相关领域：农业科学更多>>
- 花棒根-土复合体直剪试验的有限元数值模拟与验证被引量：18
- 2015年
- 为深入了解花棒(Hedysarum scoparium)根系在增强土壤抗剪强度中的作用机理,同时减少试验成本和挖掘根系对环境的破坏,该文采用有限元数值模拟的方法研究了宁夏毛乌素沙地5 a生人工种植花棒根系的根截面积比(root area ratio,RAR)和垂直荷载对根-土复合体抗剪强度的影响,并对模拟结果进行了试验验证。研究表明:花棒根-土复合体的抗剪强度与垂直荷载的关系符合摩尔库伦(Mohr–Coulomb)屈服准则,花棒根系对土壤的抗剪强度有显著的提高作用。随RAR的增加,花棒根系表观黏聚力(root apparent cohesion,SR)呈线性增加(R2>0.9)。在相同的RAR下,花棒根-土复合体抗剪强度相对于素土抗剪强度的增长率随垂直荷载的增加逐渐降低,符合对数函数变化规律(R2>0.9);在相同的垂直荷载下,随RAR的降低,花棒根-土复合体抗剪强度相对于素土抗剪强度的增长率呈线性递减(R2>0.9);在较低垂直荷载的情况下,花棒根系提高土壤抗剪强度的作用更明显。研究发现与素土相比花棒根-土复合体的剪应力峰值出现较晚,当土壤出现明显塑性变形时,花棒根系的固土能力才能体现出来。数值模拟结果和室内试验结果显示:利用该文所建立的花棒根-土复合体直剪试验的有限元数值模型,模拟计算的根-土复合体抗剪强度与室内试验结果基本一致,相对误差绝对值的平均值1.87%,花棒根-土复合体的直剪试验可以通过该研究所建立的有限元数值模型来模拟。研究结果对于深入了解植物根系加固土壤的作用机理和推进根-土相互作用的数值模拟研究具有重要参考意义。
- 田佳曹兵及金楠李才华郭婷谢彦斌袁博
- 关键词：有限元法抗剪强度直剪试验数值模拟花棒
- 防风固沙灌木花棒沙柳根系生物力学特性被引量：39
- 2014年
- 为了揭示花棒和沙柳的根系生物力学特性,该文选取毛乌苏沙地5 a生人工种植花棒、沙柳的根系为研究对象,通过室内单根拉伸试验,得到沙柳（直径0.78~7.44 mm）的平均最大拉力、抗拉强度和杨氏模量分别比花棒（直径0.91~6.46 mm）高42.07%、44.52%和90.00%。花棒、沙柳单根根系的最大拉力随直径增大以幂函数增大,抗拉强度和杨氏模量随直径增大以幂函数减小。花棒与沙柳单根根系的平均抗拉强度能达到Ⅰ级钢筋（370MPa）的6.86%和9.91%,对土壤有一定的加筋作用。采用自制根系拉力测试系统进行野外原位整株根系垂直拉拔试验,得到花棒（地径17.65~42.68 mm）和沙柳（地径20.35~48.07 mm）的整株根系最大垂直拉拔力为（1.71±0.16）k N和（1.18±0.16）k N,花棒比沙柳高出44.92%。花棒整株根系的生物力学特性要优于沙柳,整体固沙能力更强。该研究可为根系固土作用理论研究和防风固沙树种的筛选提供参考。
- 田佳曹兵及金楠李才华朱莉马尼园
- 关键词：生物力学根系固土花棒沙柳
- 植物根系固土作用模型研究进展被引量：7
- 2015年
- 植物根系固土作用模型研究已历经近40年,从简单的极限平衡模型到复杂的有限元和离散元数值模型,已发展到10余种。总结这些根系固土作用模型不仅对揭示根系加固土壤作用的力学机制和分析林地边坡的稳定性具有重要意义,对根系固土作用模型未来的研究方向也具有积极指导意义。笔者对根系固土作用模型分2部分进行综述,第一部分主要介绍根系固土作用的理论模型,包括:Wu模型、倾斜根系模型、位移模型、纤维束模型、根束增强模型和能量模型,以及这些模型的应用条件、模型优缺点、适用范围等。第二部分主要综述根系固土作用的数值模型,包括:有限元数值模型、离散元数值模型和造林边坡稳定性分析数值模型,并详细比较了有限元与离散元数值模型的优缺点和在造林边坡稳定性分析上的应用。最后探讨了目前根系固土作用模型研究中存在的不足以及未来的发展方向。
- 田佳曹兵及金楠
- 关键词：根系固土
- 花棒沙柳根与土及土与土界面直剪摩擦试验与数值模拟被引量：9
- 2015年
- 花棒和沙柳是毛乌素沙地中分布最广泛的优良防风固沙树种,在固定流动沙丘和半流动沙丘上效果明显。为了探索花棒和沙柳根-土界面的摩擦特性,该文选取毛乌素沙地5 a生人工种植花棒、沙柳的根系为研究对象,通过直剪摩擦试验研究界面类型、土壤含水率和垂直荷载对花棒、沙柳根-土界面以及素土-素土界面摩擦特性的影响,并采用有限元软件对直剪摩擦试验进行数值模拟。结果表明:花棒和沙柳根系对土壤抗剪强度的提高作用与根-土界面的黏聚力无关,与摩擦角有关。花棒根-界面的摩擦角显著高于素土-素土和沙柳根-土界面(P<0.05)。土壤含水率的变化对根-土界面的黏聚力与摩擦角的影响规律相似,旱季和雨季对根系提高土壤抗剪强度的作用有显著影响(P<0.05)。根-土界面的抗剪强度与垂直荷载的关系同样满足莫尔-库伦准则,本构关系为双曲线。花棒根-土界面抗剪强度极显著高于素土-素土界面和沙柳根-土界面(P<0.01),从抵抗根-土位移的角度,花棒的固沙效果优于沙柳。该文所采用的应力、位移边界条件和Coulomb摩擦模型,模拟计算的根-土界面和素土-素土界面的抗剪强度与试验结果基本一致(最大相对误差<10%),因此根-土界面的直剪摩擦试验可以通过本文所建立的有限元数值模型来模拟。研究结果可为根系固土作用的理论研究和防风固沙树种的筛选提供参考。
- 田佳曹兵及金楠赵元宵李才华郭婷
- 关键词：花棒沙柳
- 宁夏干旱风沙区5种灌木保水剂造林试验与饲用价值研究被引量：4
- 2014年
- 选择红柳(Tamarix ramosissima)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)、柠条(Caragana korshinskii)、梭梭(Haloxylon ammodendron)、花棒(Hedysarum scoparium)5种宁夏干旱风沙区的主要造林灌木,采用法国SNF(爱森)保水剂和北京"清华绿宝"高效抗旱保水剂,通过蘸根法进行田间造林种植试验,以筛选出在干旱条件下提高苗木成活率的最佳方法,并对5种灌木的粗蛋白(crude protein,CP)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber,ADF)、全量钙和全量磷的含量进行了测定。试验结果表明,使用SNF保水剂蘸根处理的成活率为39.60%,与CK相比提高了79.27%,与"清华绿宝"保水剂相比提高了44.90%。采用SNF保水剂蘸根处理,不仅可以提高造林成活率还可以节省保水剂用量,操作简单,适宜大面积的造林推广。5种灌木的粗蛋白与纤维比顺序为:柠条(0.46)>紫穗槐(0.35)>梭梭(0.24)>花棒(0.22)>红柳(0.17)。柠条、紫穗槐、梭梭都是优质的饲料资源。
- 田佳曹兵宋丽华张萍
- 关键词：干旱风沙区保水剂饲用价值造林成活率
