关于剪切变形土体中单根受力—失效模式的试验研究和分析

摘要

[目的]通过室内试验与力学分析，旨在揭示剪切变形土体中单根受力状态下的失效机理及水分响应机制，阐明根系直径、土壤含水率等因素对轴向抗拉/抗拔与径向抗弯强度的影响规律，明确根系固土效应的主控力学路径。[方法]室内设计了系列单根的轴向（根系抗拉、拔试验）和径向（三点弯曲试验）试验模拟受力情景，并分析了土壤含水率和根系含水率对根系抗拉、抗拔和抗弯试验中力学参数的影响。[结果]（1）根系的抗拉、抗拔和抗弯强度均呈现随根系直径增大而减小的趋势，其负数幂函数关系分别为T_r=（23.68±3.28）D^{（-0.38±0.10）},T_p=（23.61±6.26）D^{（-0.55±0.25）},T_b=4.945D^-0.375;（2）土体饱和度增大过程中，根系自身含水率变化不大，对抗拉强度影响不显著（p=0.59），而根系抗拔强度则随饱和度的升高而显著衰减（p<0.01）;（3）根系轴向的抗拉、拔强度的相对大小存在一个随土壤含水率变化的临界直径阈值（0.35～3.96 mm）;（4）相对而言，根系对土体抗剪强度贡献主要来自于轴向受力，根系抗弯作用对土体抗剪强度的贡献非常有限。[结论]植物根系力学特性与直径、土体水状态相关，根系轴向受力对土体抗剪强度有贡献，在固土中起重要作用且效果因条件而异。

关键词

根系固土 / 抗拉强度 / 抗拔强度 / 抗弯强度 / 三点弯曲试验