花棒沙柳根与土及土与土界面直剪摩擦试验与数值模拟

• 作者: 及金楠 曹兵 李才华 田佳 赵元宵 郭婷
• 来源期刊: 农业工程学报
• 学科: 农学
• 关键词: 摩擦 土 界面 数值分析 根 直剪摩擦试验 花棒 沙柳
• 年，卷（期）: 2015,（13）
• 所属期刊栏目: 农业水土工程
• 页码范围: 149-156
• 页数: 8页
• 分类号: S157.2
• 字数: 7920字
• 语种: 中文
• DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.13.021

摘要

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。

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	曹兵	宁夏大学农学院	119	952	15.0	24.0
2	郭婷	宁夏大学农学院	5	31	3.0	5.0
3	及金楠	北京林业大学水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室	15	129	7.0	11.0
4	田佳	宁夏大学农学院	19	105	6.0	9.0
5	赵元宵	宁夏大学农学院	1	8	1.0	1.0
6	李才华	宁夏大学农学院	3	46	3.0	3.0