CN107796550B - 一种测算原位植物根系固土实际截面抗拔力的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测算原位植物根系固土实际截面抗拔力的装置及方法，其中，该装置包括种植槽、连接绳、支架、定滑轮以及测力计；种植槽的底部设置有纱网；定滑轮设置在支架上；连接绳缠绕在定滑轮上；连接绳的一端与种植槽相连，另一端与测力计相连。本发明提供了一种结构简单、成本低廉、便于操作以及适用范围广的测算原位植物根系固土实际截面抗拔力的装置及方法。

Description

一种测算原位植物根系固土实际截面抗拔力的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种测算植物根系拉伸性能的装置及方法，尤其涉及一种适用于测算原位植物根系固土实际截面抗拔力的装置及方法。

背景技术

植物不仅具有美化景观、恢复生态环境的功能，而且还具有固土功能。这种护坡功能包括坡面冲刷防护与坡体加固。

目前研究发现，植物根系相对土体具有较大的抗拉强度，在对土体加载的过程中，土体中的剪应力通过根土间的相互作用，逐渐转移到根系中，使根系受拉，从而增加了土体的抗剪强度。植物根系，特别是木本植物根系，扎入土层较深，垂直深根穿过边坡的软弱层或滑动面，将浅层土层与深层土层锚固在一起，当边坡岩土发生移动趋势时，便能抑制边坡滑动，提高边坡的稳定性，对边坡起到加固作用，其作用类似于锚杆或抗滑桩。目前缺少简单实用的测算原位植物根系对土体的抗拔力的装置及方法。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种结构简单、成本低廉、便于操作以及适用范围广的测算原位植物根系固土实际截面抗拔力的装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种测算原位植物根系固土实际截面抗拔力的装置，其特征在于：所述测算原位植物根系固土实际截面抗拔力的装置包括种植槽、连接绳、支架、定滑轮以及测力计；所述种植槽整体呈上端开口的箱式结构，所述种植槽的底部设置有纱网；所述定滑轮设置在支架上；所述连接绳缠绕在定滑轮上；所述连接绳的一端与种植槽相连，另一端与测力计相连。

作为优选，本发明所采用的纱网是镀锌钢丝纱网，所述纱网的网格孔径不大于2mm×2mm。

一种基于如前所述的测算原位植物根系固土实际截面抗拔力的装置的测定方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)准备耕植土；所述植株是多花木兰；

2)将种植槽放置在土质地面上，向下压实，使种植槽底部的纱网与土质地面充分接触，随后在种植槽内填充步骤1)所准备的耕植土，并在种植槽内种植植株；

3)定期在种植槽内施水以及添加肥料直至种植槽内的植株生根发芽并茁壮成长；所述种植槽内植株的根系部分通过种植槽底部的纱网伸入土质地面中；所述种植槽内植株的茎叶部分从种植槽内的耕植土中破土而出并向外部生长；

4)待种植槽内植株生长至植株成熟时，将种植槽周边的植物去除，在种植槽周边架好支架，将连接绳缠绕在支架上的定滑轮上，将连接绳的两端分别与种植槽以及测力计相连；

5)拉动测力计，通过定滑轮缓慢起吊种植槽，同时时刻观察测力计的数值，待植株根系开始被拔出土体时记录此时测力计的数值，直至种植槽内植株的根系完全被拉断并记录此时测力计的数值；

6)将植株根系上的泥土全部冲洗干净，测量种植槽内植株根系的单根周长以及单根被拉出土体的长度；

根据种植槽内植株根系的单根周长计算单根的截面面积总和；

根据单根的截面面积总和以及在步骤5)中当种植槽内植株的根系完全被拉断时测力计的数值计算根系的拉断强度；

根据种植槽内植株根系的单根周长、单根被拉出土体的长度以及步骤5)中当种植槽内植株根系开始被拔出土体时测力计的数值计算单根与土壤界面摩擦系数；

所述根系的拉断强度以及摩擦系数反映原位植物根系固土实际截面抗拔力。

作为优选，本发明所采用的步骤6)中的单根是所有穿过设置在种植槽底部的纱网并被拉断的植物根系。

作为优选，本发明所采用的步骤6)中单根的截面面积总和的具体计算方式是：

其中：

C是单根周长；

A是单根截面面积总和。

作为优选，本发明所采用的步骤6)中根系的拉断强度的具体计算方式是：

σ＝F/ΣA

其中：

σ是根系的拉断强度；

F是种植槽内植株的根系完全被拉断时测力计的数值；

A是单根截面面积总和。

作为优选，本发明所采用的步骤6)中摩擦系数的具体计算方式是：

μ＝F/ΣlC

其中：

μ是摩擦系数；

F是种植槽内植株的根系完全被拉断时测力计的数值；

l为单根拉出长度；

C是单根周长。

本发明的优点是：

本发明提供了一种测算原位植物根系固土实际截面抗拔力的装置及方法，本发明利用纱网格、支架、定滑轮、测力计等常见且价格低廉的零部件组成装置，由测力计通过定滑轮吊起镀锌钢丝纱网种植槽，直至植株根系被拉断，便可以直观的得出植物根系固土实际截面抗拔力，整个操作过程十分简便。本发明在使用时，将本发明所提供的装置安置在土质地面上，在其内播种，待植物成长成熟后，再将植物茎叶沿预埋界面向上抬升，使所种植物连根拔出至拔断，通过测力装置得出相关数据，从而计算根系固土实际截面抗拔力、拉断强度以及摩擦系数。在通过清水洗根去除表面附土之后，更可以进一步计算拉断强度以及摩擦系数，可以更详细的分析植物根系拉伸性能。本发明结构简单，成本低廉，操作简单，广泛适用于测量植物根系固土实际截面抗拔力，便于推广。

附图说明

图1是本发明所提供的测算原位植物根系固土实际截面抗拔力的装置的结构示意图；

图中标记：

1-连接绳；2-支架；3-定滑轮；4-测力计；5-种植槽；6-纱网。

具体实施方式

参见图1，本发明提供了一种测算原位植物根系固土实际截面抗拔力的装置，该测算原位植物根系固土实际截面抗拔力的装置包括种植槽5、连接绳1、支架2、定滑轮3以及测力计4；种植槽5的底部设置有纱网6；定滑轮3设置在支架2上；连接绳1缠绕在定滑轮3上；连接绳1的一端与种植槽5相连，另一端与测力计4相连。本发明所采用的种植槽5是上端开口的箱式结构，纱网6是镀锌钢丝纱网，纱网6的网格孔径不大于2mm×2mm。

同时，本发明还提供了一种基于如前所述的测算原位植物根系固土实际截面抗拔力的装置的测定方法，该方法包括以下步骤：

1)准备耕植土；植株是多花木兰；

2)将种植槽5放置在土质地面上，向下压实，使种植槽底部的纱网6与土质地面充分接触，随后在种植槽5内填充步骤1)所准备的耕植土，并在种植槽5内种植植株；

3)定期在种植槽5内施水以及添加肥料直至种植槽5内的植株生根发芽并茁壮成长；种植槽5内植株的根系部分通过种植槽5底部的纱网6伸入土质地面中；种植槽5内植株的茎叶部分从种植槽5内的耕植土中破土而出并向外部生长；当植株是多花木兰时，待多花木兰生长至不低于1.2米；

4)待种植槽5内植株生长至植株成熟时，将种植槽5周边的植物去除，在种植槽5周边架好支架2，将连接绳1缠绕在支架2上的定滑轮3上，将连接绳1的两端分别与种植槽5以及测力计4相连；

5)拉动测力计4，通过定滑轮3缓慢起吊种植槽5，同时时刻观察测力计4的数值，待植株根系开始被拔出土体时记录此时测力计4的数值，直至种植槽5内植株的根系完全被拉断并记录此时测力计4的数值；

6)将植株根系上的泥土全部冲洗干净，测量种植槽5内植株根系的单根周长以及单根被拉出土体的长度；

根据种植槽5内植株根系的单根周长计算单根的截面面积总和；

根据单根的截面面积总和以及在步骤5)中当种植槽5内植株的根系完全被拉断时测力计4的数值计算根系的拉断强度；

根据种植槽5内植株根系的单根周长、单根被拉出土体的长度以及步骤5)中当种植槽5内植株根系开始被拔出土体时测力计4的数值计算单根与土壤界面摩擦系数；

根系的拉断强度以及摩擦系数反映原位植物根系固土实际截面抗拔力。

单根是所有穿过设置在种植槽5底部的纱网6并被拉断的植物根系；

根据种植槽5内植株根系的单根周长计算单根的截面面积总和，具体计算方式是：

其中：

C是单根周长；

A是单根截面面积总和。

根据单根的截面面积总和以及步骤5)中当种植槽5内植株的根系完全被拉断时测力计4的数值计算根系的拉断强度，具体计算方式是：

σ＝F/ΣA

其中：

σ是根系的拉断强度；

F是种植槽5内植株的根系完全被拉断时测力计4的数值；

A是单根截面面积总和。

根据种植槽5内植株根系的单根周长、单根拉出长度以及步骤5中当种植槽5内植株的根系完全被拉断时测力计4的数值计算摩擦系数，具体计算方式是：

μ＝F/ΣlC

其中：

μ是摩擦系数；

F是种植槽5内植株的根系完全被拉断时测力计4的数值；

l为单根拉出长度；

C是单根周长；

根系的拉断强度以及摩擦系数是原位植物根系固土实际截面抗拔力。

下面结合附图对本方面的技术方案做进一步的说明，但本发明并不仅限于以下方式：

参见图1，本发明提供了一种测算原位植物根系固土实际截面抗拔力的装置及方法。装置主体为底部安装镀锌钢丝纱网的箱型种植槽，在装置主体中种上待测植物植株。装置主体通过连上定滑轮一端与支架固定起来，从而保证装置测量时的灵活性与稳定性。在定滑轮另一端，连上一个弹簧测力计，本发明装置便组装完成。在满足植物将根主体扎入土层，将浅土层与深土层，锚固在一起，形成一个整体的基础上，再利用组装好的本发明装置，将种植的植物一点点吊出土层，待至根系拉断，测力计便可以读出用力大小，即为该植物根系固土实际截面抗拔力。洗根之后，根的拉出部分取两端为上下层，中间取为中层，测出植物上、中、下层根系周长取平均值，可算出植物根系总面积，根据上述公式，可以求出根系拉断强度、单根与土壤界面摩擦系数，分别可进一步分析根系拉断截面单位面积上所承受的附加内力大小与根系在拔出时受到的摩阻力程度。

实施例1

某公路边坡的坡度为1:1.5，填土类型为杂填土，经雨水冲刷容易发生浅层滑坡。设计在路堤边坡上密植植物，未种植坡面人工压实。施工时，先在边坡等距离10cm挖好植株槽，槽外坡面人工压实，然后槽内填放好装置主体镀锌钢丝纱网花盆以及多花木兰，定期在槽内施水和添加肥料至多花木兰生长成熟。在装置主体周边架好支架，将装置主体与支架上定滑轮连起来，定滑轮另外一头连上测力计。开始取根，起吊装置主体，同时观察记录测力计读数，植株开始拉动，记录读数为1.5kN，根系被拉断后，记录读数1.8kN。随后洗根，测量根系上、中、下层根周长，分别为1mm、2mm、4mm，算出根系总面积为7.5×10^-5m²，依据公式得出根系拉断强度为24MPa，摩擦系数0.6。抗拔能力满足设计要求后，进行其他部分的施工。

Claims (1)

1.一种测算原位植物根系固土实际截面抗拔力的方法，其特征在于，所述方法使用了如下装置：包括种植槽(5)、连接绳(1)、支架(2)、定滑轮(3)以及测力计(4)；所述种植槽(5)整体呈上端开口的箱式结构，所述种植槽(5)的底部设置有纱网(6)；所述定滑轮(3)设置在支架(2)上；所述连接绳(1)缠绕在定滑轮(3)上；所述连接绳(1)的一端与种植槽(5)相连，另一端与测力计(4)相连；

所述纱网(6)是镀锌钢丝纱网，所述纱网(6)的网格孔径不大于2mm×2mm；

所述测算原位植物根系固土实际截面抗拔力的装置的测定方法包括以下步骤：

1)准备耕植土；

2)将种植槽(5)放置在土质地面上，向下压实，使种植槽底部的纱网(6)与土质地面充分接触，随后在种植槽(5)内填充步骤1)所准备的耕植土，并在种植槽(5)内种植植株；

3)定期在种植槽(5)内施水以及添加肥料直至种植槽(5)内的植株生根发芽并茁壮成长；所述种植槽(5)内植株的根系部分通过种植槽(5)底部的纱网(6)伸入土质地面中；所述种植槽(5)内植株的茎叶部分从种植槽(5)内的耕植土中破土而出并向外部生长；

4)待种植槽(5)内植株生长至植株成熟时，将种植槽(5)周边的植物去除，在种植槽(5)周边架好支架(2)，将连接绳(1)缠绕在支架(2)上的定滑轮(3)上，将连接绳(1)的两端分别与种植槽(5)以及测力计(4)相连；

5)拉动测力计(4)，通过定滑轮(3)缓慢起吊种植槽(5)，同时时刻观察测力计(4)的数值，待植株根系开始被拔出土体时记录此时测力计(4)的数值，直至种植槽(5)内植株的根系完全被拉断并记录此时测力计(4)的数值；

6)将植株根系上的泥土全部冲洗干净，测量种植槽(5)内植株根系的单根周长以及单根被拉出土体的长度；

根据种植槽(5)内植株根系的单根周长计算单根的截面面积总和；

根据单根的截面面积总和以及在步骤5)中当种植槽(5)内植株的根系完全被拉断时测力计(4)的数值计算根系的拉断强度；

根据种植槽(5)内植株根系的单根周长、单根被拉出土体的长度以及步骤5)中当种植槽(5)内植株根系开始被拔出土体时测力计(4)的数值计算单根与土壤界面摩擦系数；

所述根系的拉断强度以及摩擦系数反映原位植物根系固土实际截面抗拔力；

所述步骤6)中的单根是所有穿过设置在种植槽(5)底部的纱网(6)并被拉断的植物根系；

所述步骤6)中单根的截面面积总和的具体计算方式是：

其中：

C是单根周长；

A是单根截面面积总和；

所述步骤6)中根系的拉断强度的具体计算方式是：

σ＝F/ΣA

其中：

σ是根系的拉断强度；

F是种植槽(5)内植株的根系完全被拉断时测力计(4)的数值；A是单根截面面积总和；

所述步骤6)中摩擦系数的具体计算方式是：

μ＝F/ΣlC

其中：

μ是摩擦系数；

F是种植槽(5)内植株的根系完全被拉断时测力计(4)的数值；l为单根拉出长度；

C是单根周长。