大型水庫(kù)消落帶2種典型耐淹草本植物單根抗拉力學(xué)特性

徐文秀,楊 玲,鮑玉海,韋 杰,李進(jìn)林,曹齡心

(1.中國(guó)科學(xué)院 水利部 成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所 山地表生過(guò)程與生態(tài)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 610041;2.重慶師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院,重慶 401331;3.三峽庫(kù)區(qū)地表過(guò)程與環(huán)境遙感重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 401331;4.中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049)

植物根系可將土體內(nèi)部剪應(yīng)力轉(zhuǎn)化為自身所承受的拉應(yīng)力，顯著增強(qiáng)土體抗剪強(qiáng)度從而有效發(fā)揮固土護(hù)坡作用[1-3]。植物單根抗拉力學(xué)特性反映單根抗拉能力及抵抗形變的能力，是評(píng)判植被增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性的重要依據(jù)[4]。表征單根抗拉力學(xué)特性的重要指標(biāo)有抗拉力、抗拉強(qiáng)度、極限延伸率和彈性模量等，抗拉力和抗拉強(qiáng)度反映單根抵抗極限拉伸作用的能力[5]，極限延伸率和彈性模量則可分別反映單根抵抗塑性變形和彈性變形的能力[6]。草本根系可顯著發(fā)揮其固土護(hù)坡作用，其中較細(xì)根系可顯著增強(qiáng)土壤抗剪強(qiáng)度和提高土壤抗沖性，固土護(hù)坡效應(yīng)較為顯著[7-8]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了不同地區(qū)不同草本單根抗拉力學(xué)特性差異、單根應(yīng)力—應(yīng)變特征、單根抗拉力學(xué)特性影響因素等相關(guān)試驗(yàn)研究[9-13]。已有研究結(jié)果表明，不同草本單根抗拉力和單根抗拉強(qiáng)度存在明顯差異，草本單根在拉伸過(guò)程中的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線反映其具有彈塑性材料特征，單根抗拉力和單根抗拉強(qiáng)度與根徑間關(guān)系密切，單根抗拉力隨根徑增大呈冪函數(shù)增大趨勢(shì)，單根抗拉強(qiáng)度隨根徑減小呈冪函數(shù)減小趨勢(shì)[1,9-15]。草本單根內(nèi)在化學(xué)成分是影響單根抗拉力學(xué)特性的重要因素，草本單根抗拉力與木質(zhì)素、木纖比呈正相關(guān)，與纖維素、綜纖維素含量呈負(fù)相關(guān)[15-16]。

大型水庫(kù)消落帶受水庫(kù)調(diào)水節(jié)律影響，遭受周期性高壓淹水與高幅度干濕交替作用，其植被、土壤等下墊面狀況在短期內(nèi)發(fā)生巨變，特殊的水文環(huán)境誘發(fā)強(qiáng)烈的土壤侵蝕，亟需植被重建與生態(tài)修復(fù)[17-19]，而遴選固土抗蝕植被物種是消落帶生態(tài)重建的關(guān)鍵，相關(guān)研究表明用草本植物進(jìn)行生態(tài)重建較為經(jīng)濟(jì)、高效[19]。單根抗拉力學(xué)特性可作為此地區(qū)草本固土護(hù)坡效應(yīng)的重要評(píng)判依據(jù)，但目前對(duì)此地區(qū)典型草本單根抗拉力學(xué)特性及其影響因素的研究較少，對(duì)不同草本單根抗拉力學(xué)特性的對(duì)比研究更為匱乏。本研究選取水庫(kù)消落帶狗牙根和蒼耳2種典型適生耐淹草本植物為研究對(duì)象，通過(guò)室內(nèi)單根拉伸試驗(yàn)，分析單根抗拉力、抗拉強(qiáng)度、極限延伸率、彈性模量與根徑間的關(guān)系，探討單根拉伸試驗(yàn)過(guò)程中的應(yīng)力—應(yīng)變特征，揭示2種草本單根抗拉力學(xué)特性差異及共同特性，以期為水庫(kù)消落帶草本根系固土力學(xué)機(jī)制研究、護(hù)坡效益評(píng)價(jià)、物種篩選等提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于三峽庫(kù)區(qū)腹心地帶的忠縣石寶鎮(zhèn)庫(kù)段消落帶(107°32′—108°14′E，30°03′—30°35′N)。區(qū)內(nèi)出露巖層為侏羅紀(jì)沙溪廟砂頁(yè)巖(J2s)。該區(qū)域?qū)賮啛釒|南季風(fēng)氣候，四季分明，雨量充沛，年均降雨量為1 150 mm，主要集中于6—8月，相對(duì)濕度為80%，年均氣溫為19.2℃，日照充足，日照時(shí)數(shù)為1 327.5 h。土壤類型有紫色土、黃壤和水稻土，紫色土分布最為廣泛。淹水前土地利用方式主要有旱地、水田、林地等，水庫(kù)正常運(yùn)行后主要為一年生和多年生草本植物構(gòu)成的草地。

受三峽水庫(kù)“蓄清排渾”年調(diào)度方式的影響，三峽水庫(kù)每年從10月開始蓄水到11月上旬逐漸上升至175 m，次年1—4月水位由175 m逐漸降低至156 m，5月末下降至防洪限制水位145 m，6—9月汛期水位在145～160 m波動(dòng)。研究區(qū)主要自然恢復(fù)植被以狗牙根(Cynodondactylon)、蒼耳(Xanthiumsibiricum)和鬼針草(Bidenspilosa)等幾種草本為優(yōu)勢(shì)種群的植物群落為主，已經(jīng)歷了11 a的周期性淹水過(guò)程[13,18]。該區(qū)域消落帶坡地和階地前緣陡坡分布廣泛，經(jīng)受多年的季節(jié)性淹沒和出露過(guò)程，土壤侵蝕較為強(qiáng)烈[18]。

1.2 樣地選擇和采樣

2018年8月，在石寶鎮(zhèn)共和村消落帶170 m水位分別選取狗牙根和蒼耳為主要植物種群的恢復(fù)草地，兩種草本植物樣地蓋度均在85%以上，狗牙根為多年生禾本科草本植物，根系為須根系，蒼耳為一年生菊科草本，根系為直根系。采樣地均為緩坡棄耕地，坡度均在10°左右，土壤類型均為紫色土，土壤質(zhì)地均為壤質(zhì)黏土。采用全株挖掘法獲取草本植物鮮根，及時(shí)將根系樣品放入大號(hào)自封袋內(nèi)并帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行保鮮處理。

1.3 試驗(yàn)方法和指標(biāo)測(cè)定

將狗牙根和蒼耳根系用清水洗凈，用游標(biāo)卡尺分別測(cè)量?jī)烧邌胃睆?，發(fā)現(xiàn)狗牙根和蒼耳總根徑范圍分別為0.00～1.00 mm和0.00～5.00 mm，且單根分別主要分布在0.00～0.70 mm和0.00～1.00 mm根徑范圍，考慮到兩種草本小于1.00 mm根徑范圍內(nèi)的單根具有物種代表性，且可發(fā)揮重要的固土護(hù)坡作用，故均選取此根徑范圍單根作為試驗(yàn)樣，并以0.10 mm為間距篩分出了10個(gè)根徑級(jí)別(0.00～0.10 mm,0.10～0.20 mm,0.20～0.30 mm，…，0.90～1.00 mm)，單根長(zhǎng)度控制在8～10 cm，每個(gè)根徑級(jí)別試樣選擇10～25根，并放置于保鮮箱中。采用單根拉伸試驗(yàn)法，所用儀器為L(zhǎng)DS-5A型微機(jī)控制電子拉力試驗(yàn)機(jī)，電子拉力機(jī)最大試驗(yàn)力為5 kN，準(zhǔn)確度為每檔20%起優(yōu)于示值的±1%。單根在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)前，先用記號(hào)筆在其中部附近位置做2個(gè)標(biāo)記(標(biāo)記間距為5 cm)，并在2個(gè)標(biāo)記間的3個(gè)位置處用游標(biāo)卡尺測(cè)得3次單根直徑，取平均值作為單根平均直徑；隨后將處理過(guò)的單根(兩端用軟紙包裹)夾持在上、下拉伸夾具之間，并保證上、下兩夾具間的根段標(biāo)距為5 cm(根段保持自然順直并不受力)。試驗(yàn)過(guò)程中，上夾具以5 mm/min的速率勻速上行，使位于上、下兩夾具間的根段承受拉伸作用，直至根段被拉斷為止。選取位于上、下兩夾具中間位置處發(fā)生斷裂的單根的抗拉力學(xué)特性指標(biāo)作為試驗(yàn)的有效數(shù)據(jù)。記錄單根拉伸試驗(yàn)后的最大抗拉力，根據(jù)儀器導(dǎo)出的反映拉伸試驗(yàn)過(guò)程的時(shí)間、力、變形和位移等數(shù)據(jù)，計(jì)算拉應(yīng)力、應(yīng)變和抗拉強(qiáng)度等單根抗拉力學(xué)特性指標(biāo)，繪制應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線，并根據(jù)應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線獲得極限延伸率和彈性模量。

根系力學(xué)特性指標(biāo)的計(jì)算方法[9]：

P=4Fmax/πD2

(1)

σ=F/A

(2)

ε=ΔL/L×100%

(3)

E=(σ0.40-σ0.20)/(ε0.40-ε0.20)

(4)

式中：P為根系抗拉強(qiáng)度(MPa)；Fmax為最大抗拉力(N)；D為根系平均直徑(mm)；σ為應(yīng)力(MPa)；F為抗拉力(N)；A為根段橫截面積(mm2)；ε為根系縱向線應(yīng)變即延伸率(%)；ΔL為根系拉伸時(shí)的伸長(zhǎng)量(mm)；L為根段原始長(zhǎng)度(mm)，本研究中即標(biāo)距，取50 mm；E為彈性模量，根據(jù)應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線特征，在抗拉強(qiáng)度極限應(yīng)力的50%以內(nèi)，2種草本單根變形近似處于彈性區(qū)域，故本試驗(yàn)彈性模量E取40%和20%極限應(yīng)力時(shí)的抗拉割線模量(MPa)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單根抗拉力特征

由小于1.00 mm根徑范圍內(nèi)的平均單根抗拉力來(lái)看，狗牙根[(9.58±0.57) N]大于蒼耳[(9.30±0.66) N]，狗牙根平均單根抗拉力比蒼耳的大0.28 N，尤其在0.30～0.50 mm和0.90～1.00 mm兩個(gè)根徑范圍，狗牙根與蒼耳的單根抗拉力達(dá)到顯著性差異(p<0.05)，狗牙根的單根抗拉力分別比蒼耳的大28.06%和9.95%。整體來(lái)看，狗牙根大部分根徑級(jí)別條件下的單根抗拉力大于蒼耳，其單根抵抗外界拉伸作用的能力強(qiáng)于蒼耳。此外，2種草本單根抗拉力與根徑大小密切相關(guān)，單根抗拉力均隨根徑增大而增大，且變化幅度較為相似。2種草本單根抗拉力與根徑間均具有較好的冪函數(shù)關(guān)系，狗牙根和蒼耳對(duì)應(yīng)的擬合方程分別為y=27.74x1.32和y=25.16x1.33，擬合優(yōu)度(R2)分別為0.89，0.83 (圖1)。

注：不同小寫字母代表狗牙根和蒼耳存在顯著差異(p<0.05)，誤差線為標(biāo)準(zhǔn)誤。

2.2 單根抗拉強(qiáng)度特征

小于1.00 mm根徑范圍內(nèi)的狗牙根平均單根抗拉強(qiáng)度83.23±6.16 Mpa大于蒼耳的77.42±6.79 MPa，狗牙根平均單根抗拉強(qiáng)度是蒼耳的1.08倍，狗牙根單根抗拉強(qiáng)度略大于蒼耳；但在0.40～0.50 mm和0.90～1.00 mm根徑級(jí)別條件下，狗牙根單根抗拉強(qiáng)度均顯著大于蒼耳(p<0.05)，分別比蒼耳大24.10%和18.72%。2種草本單根抗拉強(qiáng)度均隨根徑增大而減小，且變化幅度較為相似。2種草本單根抗拉強(qiáng)度與根徑間的關(guān)系均可用冪函數(shù)進(jìn)行較好擬合，狗牙根的擬合方程為y=28.99x-0.80，擬合優(yōu)度(R2)為0.72，蒼耳的擬合方程為y=22.49x-0.89，擬合優(yōu)度為0.76(圖2)。整體來(lái)看，狗牙根大部分根徑級(jí)別條件下的單根抗拉強(qiáng)度大于蒼耳，其單根承受的最大拉應(yīng)力高于蒼耳。

圖2 草本單根抗拉強(qiáng)度隨根徑變化特征

2.3 單根應(yīng)力-應(yīng)變特征

單根的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線是揭示單根拉伸全過(guò)程的重要基礎(chǔ)，選取2種草本0.20～1.00 mm根徑范圍內(nèi)代表性的單根應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線進(jìn)行單根應(yīng)力—應(yīng)變特征分析(圖3)。2種草本不同根徑級(jí)別條件下單根應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線的形態(tài)存在明顯差異，但2種草本不同根徑級(jí)別條件下單根應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線存在一定相似性，即整體上均為從圓點(diǎn)出發(fā)的單峰曲線，基本可分為初期、過(guò)渡期、中期和后期4個(gè)受力變化階段，反映出單根具有明顯彈塑性材料特征。其中，初期為單根拉伸過(guò)程中的彈性變形階段，應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線基本呈直線型，應(yīng)力與應(yīng)變之間呈線性變化關(guān)系；過(guò)渡期為彈塑性變形階段，應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線發(fā)生明顯彎曲，應(yīng)力與應(yīng)變之間呈非線性變化關(guān)系，單根在拉應(yīng)力作用下開始屈服；中期階段為塑性階段，應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線近似呈直線型，應(yīng)力與應(yīng)變之間呈線性變化關(guān)系，但應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)龃蟮乃俾室∮诔跗陔A段；后期為突然斷裂階段，應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線在達(dá)到某點(diǎn)后，曲線終止，即單根達(dá)到其極限拉應(yīng)力后發(fā)生斷裂。2種草本單根拉伸過(guò)程中各受力變化階段所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變范圍存在差異，就彈性變形階段而言，狗牙根和蒼耳對(duì)應(yīng)的應(yīng)變范圍分別約為0.02～0.10 mm和0.02～0.08 mm，就塑性變形階段而言，狗牙根和蒼耳對(duì)應(yīng)的應(yīng)變范圍分別約為0.10～0.35 mm和0.04～0.18 mm。觀察圖3中各應(yīng)力應(yīng)變曲線，發(fā)現(xiàn)2種草本單根彈性變形階段的極限拉應(yīng)力約為極限抗拉強(qiáng)度的50%～70%，且單根極限拉應(yīng)力和單根極限應(yīng)變均隨根徑增大存在一定的減小趨勢(shì)。

圖3 草本單根應(yīng)力-應(yīng)變特征

2.4 單根彈塑性變形特征

根徑小于1.00 mm的狗牙根和蒼耳單根極限延伸率范圍分別為11.48%～35.00%和3.12%～31.45%，狗牙根單根極限延伸率顯著大于蒼耳(p<0.05)，分別為23.59%和14.54%；其中在0.40～0.50 mm根徑級(jí)別條件下，狗牙根單根極限延伸率顯著大于蒼耳(p<0.05)，是蒼耳的1.69倍。狗牙根和蒼耳單根極限延伸率隨根徑增大均呈先增后減趨勢(shì)，在0.30～0.40 mm根徑級(jí)別條件下，單根極限延伸率分別高達(dá)27%和17%，但整體來(lái)看，2種草本單根極限延伸率隨根徑增大呈減小趨勢(shì)，其中狗牙根單根極限延伸率隨根徑變化的幅度較大(圖4A)。狗牙根和蒼耳單根極限延伸率和根徑間的關(guān)系均可用單峰函數(shù)進(jìn)行擬合，擬合優(yōu)度(R2)均較小，分別為0.26，0.21(表1)。狗牙根各根徑級(jí)別條件下單根極限延伸率均大于蒼耳，可見其單根呈現(xiàn)較好的延伸性，抵抗塑性變形的能力強(qiáng)于蒼耳。

根徑小于1.00 mm的狗牙根和蒼耳單根彈性模量范圍分別為107.56～970.98 MPa和144.10～925.80 MPa，蒼耳單根彈性模量540.77±14.21 MPa顯著大于狗牙根474.79±13.82 MPa (p<0.05)，在0.60～0.90 mm根徑范圍內(nèi)兩者差異最為顯著(p<0.05)，其中蒼耳在0.80～0.90 mm根徑級(jí)別條件下的單根彈性模量是狗牙根的0.83倍。此外，2種草本單根極限延伸率均隨根徑增大而波動(dòng)減小，其中狗牙根的波動(dòng)幅度較大(圖4B)。狗牙根和蒼耳單根極限延伸率和根徑間的關(guān)系均可用冪函數(shù)進(jìn)行擬合，但擬合優(yōu)度(R2)均較小，分別為0.30，0.18(表1)。蒼耳各根徑級(jí)別條件下單根彈性模量均大于狗牙根，可見其單根剛性較大，抵抗彈性變形的能力強(qiáng)于狗牙根。

表1 草本單根極限延伸率、單根彈性模量與根徑間關(guān)系的擬合方程

注：不同小寫字母代表狗牙根和蒼耳存在顯著差異(p<0.05)，誤差線為標(biāo)準(zhǔn)誤。

3 討 論

狗牙根和蒼耳單根抗拉力學(xué)特性存在明顯差異。對(duì)比狗牙根和蒼耳小于1.00 mm根徑范圍內(nèi)單根抗拉力學(xué)特性指標(biāo)后發(fā)現(xiàn)，狗牙根單根抵抗外界拉伸作用的能力略強(qiáng)于蒼耳，單根抗拉力均值和單根抗拉強(qiáng)度均值分別比蒼耳大3.01%和7.50%，狗牙根單根抵抗塑性變形的能力顯著強(qiáng)于蒼耳，單根極限延伸率均值比蒼耳大62.24%，而單根抵抗彈性變形的能力顯著弱于蒼耳，單根彈性模量均值比蒼耳小12.20%，整體來(lái)看，狗牙根單根抗拉力學(xué)特性優(yōu)于蒼耳，可發(fā)揮更強(qiáng)的固土護(hù)坡能力，鐘榮華等[13]對(duì)消落帶上狗牙根、扁穗牛鞭草和雙穗雀稗等小于0.50 mm根徑范圍內(nèi)的單根抗拉力學(xué)特性進(jìn)行對(duì)比研究后也得出狗牙根單根抗拉力和抗拉強(qiáng)度均最大，固土護(hù)坡作用最為顯著的結(jié)論，而關(guān)于蒼耳單根力學(xué)特性的研究匱乏。本文基于單根抗拉力、單根抗拉強(qiáng)度、單根極限延伸率和單根彈性模量4項(xiàng)指標(biāo)，可推測(cè)2種草本固土護(hù)坡能力的強(qiáng)弱，例如當(dāng)土體出現(xiàn)滑坡裂縫時(shí)，狗牙根單根能夠承受的極限拉應(yīng)力較大，單根形變量較大，抵抗土體破壞的能力較強(qiáng)，當(dāng)然蒼耳單根也可有效發(fā)揮其固土護(hù)坡作用，其優(yōu)勢(shì)在于單根彈性較好，有一定的彈性形變范圍，對(duì)土體下滑的緩沖能力較強(qiáng)[20-21]。單根抗拉力學(xué)特性是單根力學(xué)性能的宏觀表現(xiàn)，從微觀層面去解釋單根抗拉力學(xué)特性，可更好的探究2種草本的單根力學(xué)特性及存在的種間差異。根系作為一種具生物學(xué)特質(zhì)的力學(xué)材料，根系內(nèi)部形態(tài)為細(xì)胞組成的復(fù)雜層狀結(jié)構(gòu)，根系內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)組織及化學(xué)成分(纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等)比量對(duì)根系抗拉力學(xué)特性產(chǎn)生協(xié)同影響[16,22-23]。狗牙根和蒼耳分屬2個(gè)植物科屬，分別為多年生和一年生，根系類型亦不同，故2種草本單根本身遺傳特性差異較大，而這直接導(dǎo)致的根系材料顯著差異又是2種草本單根抗拉力學(xué)特性顯著差異的本質(zhì)原因。同時(shí)，大型水庫(kù)長(zhǎng)期淹水—出露—淹水交替的水文極端變化對(duì)消落帶植物根系內(nèi)在生物學(xué)特性產(chǎn)生顯著影響，單根內(nèi)在顯微結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分均可發(fā)生相應(yīng)變化，不同淹水時(shí)間、淹水深度及頻率對(duì)不同植物種類的影響也不盡相同[24]。因此，進(jìn)一步研究可考慮草本單根耐淹水特性及單根顯微結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分等變化，研究水庫(kù)消落帶下這種特殊環(huán)境下多種草本單根抗拉力學(xué)特性的變化及差異，并分析成因，為水庫(kù)消落帶不同淹水梯度下的最優(yōu)固土護(hù)坡植物篩選和固土力學(xué)機(jī)制研究提供參考。

狗牙根和蒼耳單根抗拉力學(xué)指標(biāo)在根徑間存在斷裂力學(xué)上的尺寸效應(yīng)[25]。其中2種草本單根抗拉力和單根抗拉強(qiáng)度在根徑間的尺寸效應(yīng)最為明顯，單根抗拉力隨根徑增大而明顯增大，單根抗拉強(qiáng)度則隨根徑增大而明顯減小，且2項(xiàng)根系指標(biāo)與根徑間的關(guān)系均可用冪函數(shù)進(jìn)行較好擬合，這與國(guó)內(nèi)其他研究的結(jié)果一致[9-15]，說(shuō)明根徑大小是單根抗拉力和抗拉強(qiáng)度的重要影響因素。當(dāng)然，根系生長(zhǎng)過(guò)程中的非均勻性和各向異性使得2種草本同一根徑級(jí)別條件下的不同單根力學(xué)特性仍存在一定差異，其中單根極限延伸率和單根彈性模量在同一根徑級(jí)別條件下的差異表現(xiàn)較為明顯，這也可間接導(dǎo)致2項(xiàng)根系指標(biāo)在根徑間不存在明顯的尺寸效應(yīng)。單根抗拉力學(xué)特性在根徑間的尺寸效應(yīng)受單根橫截面積、內(nèi)在結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的共同影響，即根徑增大，橫截面積增大及伴隨的根系內(nèi)在結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的變化對(duì)單根抗拉力學(xué)特性產(chǎn)生生物、力學(xué)上的綜合影響[16,22-23]。同時(shí)，這種尺寸效應(yīng)還可間接反映出單根生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，根徑由大到小，單根抗拉力學(xué)特性可發(fā)生相應(yīng)變化。2種草本單根拉伸試驗(yàn)過(guò)程中均表現(xiàn)出彈塑性材料特征，應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線均存在彈性變形和彈塑性變形變化階段，這與劉亞斌和鐘榮華等人[9,13]的研究結(jié)果較為相似，單根在拉伸過(guò)程中表現(xiàn)出的彈性特性在固土護(hù)坡過(guò)程中可發(fā)揮重要作用。觀察和分析2種草本不同根徑級(jí)別條件下所獲得的單根應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線，各個(gè)受力階段曲線存在較大差異，故本文未考慮拋棄受力階段而建立草本不同根徑級(jí)別條件下單根應(yīng)力與全量應(yīng)變之間的關(guān)系數(shù)學(xué)模型，在后續(xù)研究中可考慮拋棄受力階段而建立草本應(yīng)力與應(yīng)變?cè)隽恐g的關(guān)系數(shù)學(xué)模型或者分不同受力階段分別建立相應(yīng)的關(guān)系數(shù)學(xué)模型。

4 結(jié) 論

(1) 狗牙根單根抗拉力和單根抗拉強(qiáng)度整體上均略大于蒼耳，小于1.00 mm根徑范圍內(nèi)的單根抗拉力均值分別為9.58 N和9.30 N，單根抗拉強(qiáng)度均值則分別為83.23 Mpa和77.42 MPa，在某些根徑級(jí)別條件下則顯著大于蒼耳(p<0.05)?？梢娕c蒼耳相比，狗牙根單根抵抗外界拉伸作用的能力較強(qiáng)。同時(shí)，2種草本的單根抗拉力和抗拉強(qiáng)度與根徑大小密切相關(guān)，隨根徑增大分別呈增大趨勢(shì)和減小趨勢(shì)，并均可用冪函數(shù)進(jìn)行良好擬合。

(2) 狗牙根和蒼耳單根拉伸過(guò)程中各受力變化階段所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力—應(yīng)變特征存在明顯差異，但總體來(lái)看，2種草本單根均表現(xiàn)出彈塑性材料特征，單根拉伸過(guò)程中均表現(xiàn)為彈性變形、彈塑性變形、塑性變形和突然斷裂4個(gè)變化階段，且單根彈性變形階段的極限拉應(yīng)力約占極限抗拉強(qiáng)度的50%～70%。

(3) 狗牙根和蒼耳單根彈塑性變形特征存在顯著差異，就小于1.00 mm根徑范圍內(nèi)單根極限延伸率而言，狗牙根顯著大于蒼耳(p<0.05)，均值分別為23.59%和14.54%，其單根抵抗塑性變形的能力顯著強(qiáng)于蒼耳；就單根彈性模量而言，蒼耳單根彈性模量則顯著大于蒼耳(p<0.05)，均值分別為540.77，474.79 MPa，其單根抵抗彈性變形的能力顯著強(qiáng)于狗牙根。整體來(lái)看，2種草本單根極限延伸率和單根彈性模量與根徑間的關(guān)系較為不明顯，但均隨根徑增大呈現(xiàn)出一定的減小趨勢(shì)。