基于ct扫描与细观力学的植物侧根固土机理分析

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1、基于CT扫描与细观力学的植物侧根固土机理分析张孟军黑龙江省双鸭山市人民医院黑龙江双鸭山155100【摘要】中国的土地荒漠化蔓延严重，近年来的滑坡泥石流也是每年夏日的常客，给人民的财产和生命安全带来了很大的损失。本文在前人研究基础上进一步分析了植物侧根固土机理，简要介绍了CT扫描技术在细观力学上对植物侧身固体机理分析上的应用。【关键词】CT扫描；细观力学；植物侧根；固土；机理分析【中图分类号】R445.3【文献标识码】A【文章编号】1276-7808（2015）-06-435-01随着社会的快速发展，人类给地球牛态带来了很大的破坏，除了各种污染外，水土流失和荒漠化的日益严重也是人类要正视的主要

2、问题之一。对于利用植物进行固堤并防止水土流失，中国古来有之，成效明显。木文将具体分析植物侧根固土机理，主要通过对不同土样在受压条件下进行CT扫描分析，通过对不同土样在受压状况下的扫描数据进行处理、分析，分析出其受破坏程度，从而总结出植物侧根的固土机理。一、CT技术与根系固土细观力学分析（一）CT技术CT技术应用在土体结构分析中，主要是利用X射线穿透土体对指定层面进行扫描并获取信息，再利用计算机对放大的数据信息进行处理，得到该土样指定层面的数字图像信息。该技术的优势在于：一不破坏岩休材料，可进行连续重复性检测；二有利于对于岩土内部结构进行定量分析和描述。在对岩土结构的细观力学分析中应用前景极其

3、广泛。（二）根系固土细观力学作用机理简介首先，我们需要了解土体发牛滑坡的过程，土体的滑坡必然是由于裂缝的产生及扩大，当裂缝的发展达到一定程度之后，土体便被完全破坏，外界稍加压力便造成严重的滑坡现象。根系对土体的加固作用主要体现在其提高了土体的塑性、韧性，进一步提高了土体的强度。从根系的外观结构上看，其呈网状，互相交织着，这种结构使其具有很大的抗拉强度（不同的植物，不同直径的根系抗拉强度也不同）。在根系生长扎根过程中，其与土体不断摩擦、粘附整合到i起形成一个整体，使得土体的各种性能得到提高，如同复合材料的性能改良一样，有效地防止了边坡滑坡。从细处分析，根系的这种作用主要基于两点，一是根系的阻裂

4、作用，而是根系的桥联作用。对于根系的阻裂作用，简单地描述，即根系在土体开裂过程中起到一定的阻滞作用。首先，根系的存在使得土体初裂所需的强度更人，对土体的初裂起到相当人的延迟作用。当土体承受的载荷达到临界点时，土体发生开裂，此吋根系对开裂也能起到相当大的阻滞作用，具体说，当开裂延伸，到达根系时，受到根系的阻滞作用，开裂会在根系附近停止，转而向远离根系的地方延伸，此时开裂发生的路径变长，所需的应力也相应大大增加，大大减缓了开裂的过程。根系对于开裂的阻滞作用尤为明显。而对于根系的桥联作用，主要是指开裂发生到一定程度，裂缝便会穿过根系，此时盘根错节的根系，在连接裂隙方面起着明显的作用，而根系本身具有

5、很大的抗拉能力，因而，通过根系的桥联作用，可以有效增大土体的承载能力,有效阻滞土体的破坏。二、利用CT技术分析槓物根系固土机理首先，通过对素土（不含根系，以下称样1）和含根土体（以下称样2）的CT扫描数据分析（控制样品条件，防止其它干扰因素），从CT数变化和CT图片上进行简要分析，得出其固土机理。从CT数变化上来看（参照周云艳等人的数据），样1的CT数均值随着应力增加呈现较为明显的下降趋势。而其CT数方差值较样2上升趋势较为明显。(CT数均值反应样品的密度，CT数方差反应样品的密度均匀程度)由此可见，含根土体的裂隙明显小于素土，根系对裂隙的阻滞作用较为明显从CT图片上看，可以发现，样1的裂隙

6、率在不同应力下均大于样2,从通过二值化CT图片，可以很清晰地看见根系对裂隙的阻滞和延缓作用。从CT照片对应的统计数据可以很清晰地对比出二者裂隙率的大小，也很好地说明了根系对裂隙的阻滞作用。从CT二值化图片可以看出，样2的裂隙随着应力的增加,基本集中，向四周扩展不明显，而素土的裂隙从整体上进行扩展，足见根系的阻滞和桥联作用。三、总结通过上文分析，我们已经明确了植物根系的固土机理，槓物侧根固土机理主要在于，一对于裂缝的阻滞作用，槓物根系的存在使得土体得到改善，使得土体的韧性、塑性等方面的性质加强，有效延迟土体初裂的时间。在开裂过程中，根系的存在使得裂缝的路径延长，有效增加裂缝产生、发展所需的能量

7、，一定程度上阻滞了裂隙。当裂隙不断展，横穿根系时，根系还可以起到显著的桥联作用，与土体形成一个稳定的整体，根系对土体的加固作用十分明显。其次，本文还简要介绍了CT技术在细观力学上对槓物根系进行固土分析的应用。主要从两方面对植物根系固土机理进行分析，一是从CT数据变化上来看，CT数的变化反应了土体的平均密度和密度的均匀度，很人程度上反应了裂隙的变化和发展，对于根系对裂隙的阻滞机理分析十分有效直观。从CT照片和相