林木根系固土力学机制

序

前言

第1章研究现状与发展趋势

1．1根系的研究历史

1．2根系固土

1．2．1研究概述

1．2．2根系抗拉

1．2．3根系锚固作用

1．2．4根系一土壤复合体抗剪强度

1．3存在的主要问题与发展趋势

第2章林木根系固土的力学基础

2．1加筋理论

2．1．1根土复合体的强度特性及破坏模式

2．1．2根土复合体的根土相互作用理论

2．2锚固理论

2．3根系固土研究模型

2．3．1须根理论模型(W氏模型)

2．3．2垂直根系木本植物根-土相互作用力学模型

2．3．3水平根系根-土相互作用力学模型

第3章实验材料与研究方法

3．1研究地区概况

3．1．1土壤状况

3．1．2气象与水文

3．1．3植被

3．1．4土壤侵蚀

3．2研究树种的选择

3．3研究方法

3．3．1林木根系形态分布

3．3．2树木根系拉伸试验

3．3．3根系与土的接触面特性试验

3．3．4根土复合体的抗剪切试验

第4章林木根系形态分布

4．1林木根系形态和根型

4．2林木根系形态特征

4．2．1各种形态根系的数量特征

4．2．2水平根和垂直根基部直径与胸径关系

4．2．3水平根和主根不同长度部位直径变化规律

4．2．4单株根系生物量及相对生长模型

4．3林木根系形态模型

4．3．1模型描述

4．3．2方法评价

4．3．3模型拟合

第5章林木单根抗拉强度

5．1根系受拉应力一应变关系分析

5．2林木根系本构模型

5．2．1双曲线模型

5．2．2二阶抛物线模型

5．2．3三阶抛物线模型

5．3影响根系抗拉特性的主要因素

5．3．1根系外在形态特性

5．3．2根径

5．3．3根长

第6章根土复合体的抗剪强度

6．1根系与土壤接触面特性

6．1．1不同因素对根土接触面摩阻特性的影响

6．1．2根土接触面应力一应变关系

6．2根土复合体抗剪强度特性分析

6．2．1根系对土体抗剪强度的影响

6．2．2根土复合体的抗剪强度分析

6．2．3根土复合体抗剪强度的多因素方差分析

6．3根土复合体强度特性分析

6．3．1根系对应力一应变关系的影响

6．3．2根土复合体极限主应力差分析

6．3．3根系固土效果评价

第7章林木荷载下土体应力分布研究

7．1计算理论

7．1．1计算模型

7．1．2基本假定

7．1．3计算参数的确定

7．2林木荷载下土体应力分布

7．2．1单株林木荷载

7．2．2不同造林方式

7．2．3不同林龄

第8章林木根系固土的有限元数值模拟

8．1基本理论

8．2有限元模拟的几何模型

8．2．1根系简化模型

8．2．2计算剖面及边界约束条件

8．2．3计算方法及荷载分级

8．3根土复合体的有限元计算模型

8．3．1根土复合体的有限元离散化模型

8．3．2根土复合体各类型单元的本构模型

8．4有限元计算的基本参数

8．5林木根系固土作用分析

8．5．1造林对边坡稳定性的影响

8．5．2造林密度对边坡稳定性的影响

8．5．3树种对边坡稳定性的影响

8．5．4坡度对边坡稳定性的影响

8．5．5坡长对边坡稳定性的影响

8．5．6降雨对边坡稳定性的影响

小结

主要参考文献

　　本书作者对于所写内容进行了认真、细致、深入地研究，通过大量的野外观测和室内试验，系统研究了黄土高原地区主要造林树种刺槐、油松的根系形态分布规律，构建了这两个树种的根系形态分布模型；通过根系拉伸试验，研究了根系应力应变关系，建立了根系的本构模型；通过根系与黄土接触面直剪试验，揭示了影响根土接触面摩阻特性的因素，确定了根土接触面单元的本构模型；综合分析了含根方式、根径、围压、土壤含水量和土壤干密度对根土复合体应力应变关系的影响；运用有限元等数学方法，模拟了根土复合体的应力场、位移场，分析了造林密度、树种、边坡形态和降雨等对边坡稳定性的影响。可以预测，该书的内容和结果对于黄土高原的土壤侵蚀防治、边坡治理和造林优化设计具有非常重要的意义。　　植物根系固土是近年来多学科交叉研究的热点问题，受到广泛关注。本书基于弹塑性力学、土力学、水土保持学、森林生态学、数学等原理和方法，采用野外实验与室内实验相结合、实验测定与理论分析相结合的技术路线，通过调查分析我国黄土高原地区主要造林树种刺槐、油松的根系形态分布规律，构建了这两个树种根系形态分布模型；在研究油松根系应力应变关系的基础上，建立了油松根系的本构模型；通过对刺槐、油松根系与黄土接触面单元摩阻特性的实验研究，揭示了影响根土接触面摩阻特性的因素，确定了接触面单元的本构模型；采用三轴实验，分析了水平、垂直、复合加根方式对根一土复合体应力应变的影响；运用有限元方法，模拟了根一土复合体的位移场、应力场，分析了单株造林和群株群根对土体应力、应变的影响；揭示了根土相互物理作用的机制，为评估根系对非饱和土土坡稳定性的影响和进行边坡治理提供一定的理论依据。　　本书可作为科研院所林学、水土保持等专业研究生教材，也可作为从事林业、水土保持、生态、环境等方面研究的专业技术人员、科研人员和本科生的主要参考书。