林木根系与土壤摩擦锚固性能研究

我国是世界上水土流失最严重的国家之一，严重的水土流失导致生态环境恶化，危及国土和国家生态安全。植被是防治水土流失最积极、有效的因素，特别是植物根系固持表层土壤、防止浅层滑坡的作用更是不可忽视。植物根系与土壤的摩擦锚固作用是林木根系固持土体、保持林木稳定的很重要的因素。本项目以材料力学、界面力学和树木学、土力学等理论知识为基础，采用直接拔出试验的方法，对我国林木树种根系与土壤的摩擦锚固性能展开研究，可以直接、准确地量测林木根系在外荷载的作用下，根系与土壤接触界面上产生的摩擦作用，并可以监测根系在整个试验过程中的变形和位移。建立根系与土壤界面摩擦锚固本构模型，利用试验和理论研究成果对含林坡地在灾害荷载作用下的稳定性能进行分析。上述研究工作的开展将对相关领域深入研究不同植物的防止土壤侵蚀的作用机理和阻止滑坡的作用机理具有理论和实用价值。

本课题试验共设计了5个树种（油松、华北落叶松、白桦、榆树和蒙古栎），超出项目任务书3种树种的研究工作量，研究了树种不同、根系直径不同、埋置深度不同、加载速度不同、土壤含水率不同和土壤干密度不同等条件下15组（315个）根系与土壤摩擦锚固性能及55组直径不同、分叉角度不同的群根-土壤摩擦锚固性能试验，得到了不同试验条件下根系的破坏形态、摩擦锚固荷载-根系滑移试验曲线。分析了根系直径、埋置深度、加载速度、土壤物理特性等因素对根系-土壤摩擦锚固性能的影响，基于试验及理论分析建立了根系-土壤摩擦锚固本构模型。为深入研究林木根系固土固坡特性和准确模拟含林坡地稳定性能提供试验和理论支持。. 在该课题研究过程中设计测定林木根系-土壤摩擦锚固力学特性试验装置一套，并申请国家发明专利一项，本课题研究表明，该试验装置能够直接、准确地测定在外荷载作用下根系-土壤界面力学特性，为系统研究植被根系-土壤的界面作用，准备理解根系-土壤的作用机理提供了一个研究平台。.该课题研究过程中，取得了丰硕的科研成果，申请国家发明专利1项，发表学术论文12篇，其中EI或ISTP检索3篇，出版专著1部，培养研究生2名。. 该课题的研究顺利结束了，但该方向的研究对于研究者来说是新的开始，在改课题的研究过程中，研究者们获得了很多启发，并得到了很多在该方向研究的新思路，该课题研究的顺利开展将使本课题组的研究者在该方向研究走向国内国际行列奠定坚实的基础。