法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2022-06-03
公开
发明专利申请公布
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，特别是涉及一种研究根-非饱和土界面力学特性的试验装置及方法。
背景技术
利用植物根系的加固效应来预防浅层滑坡是一种常用的护坡手段，植物根系与边坡土体形成根-土复合体，当植物受到地表塌陷、滑坡等外力作用时，根系与土之间会产生相对滑动趋势，根-土界面产生的摩擦力在抵抗滑动位移发生的同时，能发挥植物根系的抗拉强度，从而增加根-土复合体抗剪强度。因此，研究根-土界面的力学特性对分析根系固土机制尤为关键。
除根系的植物品种、直径以及力学性质等因素外，根-土界面的力学特性还与土的饱和度、应力状态及应力历史密切相关：根-土界面的力学特性主要为界面摩擦，其最大摩阻力与根周土对根的挤压作用有关，即与土的应力状态有关；随着降雨入渗的进行，根-土复合体的饱和度逐渐上升，由于非饱和土力学特性的改变，根-土界面力学特性也随之变化；根-土复合体的超固结比直接影响土的力学特性，进而影响根-土界面的力学特性。囿于试验装置及方法的限制，现阶段根-土界面力学特性的研究主要通过拉拔及直剪设备来进行，虽在植物品种、土体密度及含水率等影响因素的研究上已取得大量成果，但无法精细的同时模拟非饱和土的饱和度、应力状态及应力历史等初始条件的影响，制约着根系固土机制的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种研究根-非饱和土界面力学特性的试验装置及方法，以解决现有技术中根-非饱和土界面力学特性的装置及方法无法准确的同时模拟不同初始条件的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种研究根-非饱和土界面力学特性的试验装置，包括：拉拔系统、压力室系统、试样基质吸力控制系统以及自动化围压-供水系统；
所述拉拔系统与所述压力室系统连接，所述压力室系统用于放置根-土复合体试样，所述拉拔系统用于固定所述根-土复合体试样的根系并对所述根-土复合体试样进行拉拔；
所述试样基质吸力控制系统与所述压力室系统连接，所述试样基质吸力控制系统用于调整所述根-土复合体试样的饱和度；
所述自动化围压-供水系统与所述压力室系统连接；所述自动化围压-供水系统用于向所述根-土复合体试样提供围压，模拟所述根-土复合体试样的应力状态；
所述试样基质吸力控制系统和所述自动化围压-供水系统共同作用时，用于模拟所述根-土复合体试样的应力历史。
可选的，所述拉拔系统包括：试验台座、支柱、升降台、横梁、力传感器、根系夹具、探针式位移传感器以及轴向驱动装置；
所述升降台设于所述试验台座上，所述轴向驱动装置设于所述试验台座的内部，所述轴向驱动装置用于驱动所述升降台移动；
所述支柱与所述试验台座固定连接，所述横梁与所述支柱可拆卸的连接，所述力传感器安装在所述横梁上，所述力传感器用于测量所述根-土复合体试样的根系受到的拉力，所述根系夹具安装在所述力传感器上，所述根系夹具用于固定根-土复合体试样的根系；
所述探针式位移传感器设于所述横梁上，所述探针式位移传感器用于测量所述根-土复合体试样的根系的位移。
可选的，所述横梁包括两个拱形构件和一个横杆，所述横杆的两端分别焊接一个拱形构件，所述拱形构件通过螺栓与所述支柱连接；
所述横杆上设置两个螺孔，所述力传感器的两端设置两个螺孔，所述横杆上的两个螺孔与所述力传感器上的两个螺孔相匹配，所述螺孔用于固定所述力传感器；
所述力传感器的中心设置一个中心螺孔，所述中心螺孔用于安装所述根系夹具。
可选的，所述压力室系统包括压力室罩、压力室底座、陶土板、透水石、试样帽、标杆以及支架；
所述压力室罩与所述压力室底座连接，所述压力室底座放置于所述升降台上，所述压力室底座上放置有所述陶土板，所述试样帽置于所述陶土板上方，所述透水石放置在所述试样帽内部的上方，所述标杆与所述压力室底座连接，所述支架与所述标杆连接，所述探针式位移传感器与所述支架接触；
所述压力室底座和所述陶土板的中心均有一个小孔，所述小孔用于穿根。
可选的，所述试样基质吸力控制系统包括气压控制器、第一空气压缩机、孔隙水压力传感器、排水传感器、第一排水管、第二排水管、第一管道、第二管道、第三管道及多个阀门；
所述第一管道的一端贯穿所述气压控制器与所述第一空气压缩机连通，所述第一管道的另一端穿过所述压力室底座与所述试样帽连接，所述气压控制器与所述压力室底座之间的所述第一管道上有阀门；第二管道的一端与所述第一排水管连接，第二管道的另一端通过所述压力室底座与根-土复合体试样连通，所述孔隙水压力传感器安装在所述第二管道上，所述孔隙水压力传感器与所述第二管道的连接处有阀门；所述排水传感器安装在所述第三管道上，所述排水传感器与所述第三管道的连接处有阀门，所述第三管道的一端与所述第二排水管连接，所述第三管道的另一端与所述压力室底座连接。
可选的，所述自动化围压-供水系统包括供水箱、围压控制器、第二空气压缩机、第四管道及多个阀门；所述供水箱的一端和所述围压控制器的一端均与所述第四管道的一端连接，所述第四管道的另一端穿过所述压力室底座与压力室内部空间连通；所述供水箱的一端、所述围压控制器的一端和所述第四管道的一端的连接处设置阀门；所述供水箱的另一端和所述围压控制器的另一端均与所述第二空气压缩机连接，所述供水箱的另一端、所述围压控制器的另一端和所述第二空气压缩机的连接处设置阀门。
一种研究根-非饱和土界面力学特性的试验方法，包括：
制备根-土复合体试样；
将所述根-土复合体试样安装于上述提供的研究根-非饱和土界面力学特性的试验装置中；
调整所述根-土复合体试样的饱和度，同时模拟所述根-土复合体试样的应力状态和应力历史，结束初始条件模拟阶段；
在根系拉拔阶段，调整拉拔系统，记录探针式位移传感器的数据以及力传感器的数据；
根据所述探针式位移传感器的数据以及所述力传感器的数据绘制位移-拉力曲线；
根据所述位移-拉力曲线确定所述根-土复合体试样的根系所受最大拉力；
测量所述所述根-土复合体试样的入土深度以及所述根-土复合体试样的根系平均直径；
根据所述入土深度、所述根系平均直径以及所述根系所受最大拉力确定所述根-土复合体试样的根-土界面摩擦系数；
根据所述根-土界面摩擦系数和所述位移-拉力曲线分析不同初始条件下的根-土界面力学特性。
可选的，在试样安装阶段往所述陶土板与所述根-土复合体试样的根系之间填充石蜡。
可选的，在根系拉拔阶段往所述石蜡内注射汽油，以溶解石蜡。
可选的，所述根据所述入土深度、所述根系平均直径以及所述根系所受最大拉力确定所述根-土复合体试样的根-土界面摩擦系数，具体包括：
利用公式
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过试样基质吸力控制系统调整根-土复合体试样的饱和度，以模拟降雨入渗的不同阶段根-土复合体的状态，通过与压力室连通的自动化围压-供水系统可以按实际需求对根-土复合体试样提供不同的围压，模拟根-土复合体试样的应力状态，弥补了传统拉拔装置仅能控制垂直荷载的不足，使根-土界面力学特性试验中所模拟的应力环境更接近自然的应力状态，且在试样基质吸力控制系统和自动化围压-供水系统的共同作用下，可对根-土复合体试样的应力历史进行模拟，本发明实现了可以准确的同时对不同初始条件下的根-非饱和土界面的力学特性进行模拟。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种研究根-非饱和土界面力学特性的试验装置的示意图；
图2为本发明拉拔系统的构造示意图；
图3为本发明压力室底座的构造示意图；
图4为本发明陶土板构造示意图；
图5为本发明初始条件模拟阶段示意图；
图6为本发明拉拔阶段示意图；
图7为本发明提供的一种研究根-非饱和土界面力学特性的试验方法的流程图。
符号说明：Ⅰ-拉拔系统，Ⅱ-压力室系统，Ⅲ-试样基质吸力控制系统，Ⅳ-自动化围压-供水系统；
1-试验台座，2-支柱，3-升降台，4-横梁，5-力传感器，6-根系夹具，7-探针式位移传感器，8-压力室底座，8-1-底盘，8-2-底座，8-3-上基座，8-4-下基座，8-5-小六角螺栓，9-压力室罩，9-1-排气孔，10-陶土板，10-1-石蜡，11-根-土复合体试样，12-透水石，13-试样帽，14-标杆，15-支架，16-气压控制器，17-第一空气压缩机，18-孔隙水压力传感器，19-第一排水管，20-排水传感器，21-供水箱，21-1-注水孔，22-围压控制器，23-第一管道，24-第二管道，25-第三管道，26-第四管道，27-第二排水管，28-第二空气压缩机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种研究根-非饱和土界面力学特性的试验装置及方法，以解决现有技术中根-非饱和土界面力学特性的装置及方法无法准确的同时模拟不同初始条件的问题。
本发明针对现有的研究根-土界面力学特性设备的不足，提供一种能模拟不同初始条件下研究根-非饱和土界面力学特性的试验装置及方法，该试验装置能考虑饱和度的影响，能给根-土复合体试样提供围压，能模拟根-土复合体试样的应力历史，以系统的研究根-土界面的力学特性、测定根-土界面的摩阻力、计算根-土界面的摩擦系数，其操作使用简便、测试结果准确可靠。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明提供的一种研究根-非饱和土界面力学特性的试验装置的示意图，如图1所示，包括：拉拔系统Ⅰ、压力室系统Ⅱ、试样基质吸力控制系统Ⅲ以及自动化围压-供水系统Ⅳ。
所述拉拔系统Ⅰ与所述压力室系统Ⅱ连接，所述压力室系统Ⅱ用于放置根-土复合体试样，所述拉拔系统Ⅰ用于固定所述根-土复合体试样的根系并对所述根-土复合体试样进行拉拔。
所述试样基质吸力控制系统Ⅲ与所述压力室系统Ⅱ连接，所述试样基质吸力控制系统Ⅲ用于调整所述根-土复合体试样的饱和度。
所述自动化围压-供水系统Ⅳ与所述压力室系统Ⅱ连接；所述自动化围压-供水系统Ⅳ用于向所述根-土复合体试样提供围压，模拟所述根-土复合体试样的应力状态。
所述试样基质吸力控制系统Ⅲ和所述自动化围压-供水系统Ⅳ共同作用时，用于模拟所述根-土复合体试样的应力历史。
在实际应用中，所述自动化围压-供水系统Ⅳ为压力室系统Ⅱ供水，并以水为媒介提供围压；根-土复合体试样在自动化围压-供水系统Ⅳ及所述试样基质吸力控制系统Ⅲ的共同作用下模拟不同初始条件；模拟过程结束后，所述拉拔系统Ⅰ固定根系位置，在为压力室的轴向运动提供动力的同时，测定根系所受拉力。
具体的，所述拉拔系统Ⅰ包括：试验台座1、支柱2、升降台3、横梁4、力传感器5、根系夹具6、探针式位移传感器7以及轴向驱动装置。其中，轴向驱动装置未在图中示出。
所述升降台3设于所述试验台座1上，所述轴向驱动装置设于所述试验台座1的内部，所述轴向驱动装置用于驱动所述升降台3移动。
所述支柱2与所述试验台座1固定连接，所述横梁4与所述支柱2可拆卸的连接，所述力传感器5安装在所述横梁4上，所述力传感器5用于测量所述根-土复合体试样的根系受到的拉力，所述根系夹具6安装在所述力传感器5上，所述根系夹具6用于固定根-土复合体试样的根系。在实际应用中，根系夹具6分为上下两部分，上部分为一个拉力夹具，下部分为一个螺栓结构，螺栓结构的外螺纹与力传感器5中心螺孔内壁的螺纹相互配合，以实现根系夹具6与力传感器5的连接。
所述探针式位移传感器7设于所述横梁4上，所述探针式位移传感器7用于测量所述根-土复合体试样的根系的位移。
在实际应用中，所述横梁4从压力室底座下方穿过，与支柱2可拆卸地连接，横梁4上方安装所述力传感器5，横梁4下方偏右部分设所述探针式位移传感器7。
具体的，如图2所示，所述横梁4包括两个拱形构件和一个横杆，所述横杆的两端分别焊接一个拱形构件，所述拱形构件通过螺栓与所述支柱2可拆卸的连接，便于调整横梁4的位置。
所述横杆上设置两个螺孔，所述力传感器5的两端设置两个螺孔，所述横杆上的两个螺孔与所述力传感器5上的两个螺孔相匹配，所述螺孔用于固定所述力传感器5。
所述力传感器5的中心设置一个中心螺孔，所述中心螺孔用于安装所述根系夹具6。在实际应用中，所述中心螺孔的直径大于所述力传感器5上的另外两个螺孔。
具体的，所述压力室系统Ⅱ包括压力室罩9、压力室底座8、陶土板10、透水石12、试样帽13、标杆14以及支架15。
所述压力室罩9与所述压力室底座8连接，所述压力室底座8放置于所述升降台3上，所述压力室底座8上放置有所述陶土板10，所述试样帽13置于所述陶土板10上方，所述透水石12放置在所述试样帽13内部的上方，所述标杆14与所述压力室底座8连接，所述支架15与所述标杆14连接，所述探针式位移传感器7与所述支架15接触。
所述压力室底座8和所述陶土板10的中心均有一个小孔，所述小孔用于穿根。
在实际应用中，所述压力室底座8包括底座8-2和基座两部分；所述陶土板10放置于基座上；所述根-土复合体试样11放置于陶土板10上，根-土复合体试样11外包裹橡皮膜，根-土复合体试样11顶部依次放置所述透水石12与所述试样帽13；所述压力室罩外壁为透明有机玻璃，通过螺栓与压力室底座8实现连接，压力室罩顶部有一个排气孔9-1。
如图3所示，底座8-2的底盘8-1与带四个支柱的底座8-2固定连接；底盘8-1是中心为圆柱形凹槽的矮圆柱结构；基座包括上基座8-3和下基座8-4两部分，上基座8-3为直径稍小于圆柱形凹槽的空心圆柱，内嵌于底盘8-1的凹陷处，与底盘8-1构成凸台结构；下基座8-4为倒置的中空帽型结构，帽檐处开有两个螺孔，底部开有一个小孔，用于根系从中穿出，为适应不同直径的根系，底部小孔可更换不同开口直径的橡胶垫圈；下基座8-4与底盘8-1之间通过一对小六角螺栓8-5能实现可拆卸的连接；底盘8-1内设第一管道及第四管道；上基座8-3内设有第二管道；下基座8-4底部内设第三管道。
陶土板10的板体中心有一贯穿孔洞，该孔洞呈倒圆台状，方便植物根系从中穿出。将根-土复合体试样11放置在陶土板10上，使根-土复合体试样11穿出陶土板10的孔洞，用融化后的石蜡10-1填充陶土板10与植物根系间的空隙，并使石蜡10-1快速凝固。如图4所示。
具体的，所述试样基质吸力控制系统Ⅲ包括气压控制器16、第一空气压缩机17、孔隙水压力传感器18、排水传感器20、第一排水管19、第二排水管27、第一管道23、第二管道24、第三管道25及多个阀门。
所述第一管道23的一端贯穿所述气压控制器16与所述第一空气压缩机17连通，所述第一管道23的另一端穿过所述压力室底座8与所述试样帽13连接，所述气压控制器16与所述压力室底座8之间的所述第一管道23上有阀门；第二管道24的一端与所述第一排水管19连接，第二管道24的另一端通过所述压力室底座8与根-土复合体试样11连通，所述孔隙水压力传感器18安装在所述第二管道24上，所述孔隙水压力传感器18与所述第二管道24的连接处有阀门；所述排水传感器20安装在所述第三管道25上，所述排水传感器20与所述第三管道25的连接处有阀门，所述第三管道25的一端与所述第二排水管27连接，所述第三管道25的另一端与所述压力室底座8连接。
具体的，所述自动化围压-供水系统Ⅳ包括供水箱21、围压控制器22、第二空气压缩机28、第四管道26及多个阀门。
所述供水箱21的一端和所述围压控制器22的一端均与所述第四管道26的一端连接，所述第四管道26的另一端穿过所述压力室底座8与压力室内部空间连通；所述供水箱21的一端、所述围压控制器22的一端和所述第四管道26的一端的连接处设置阀门；所述供水箱21的另一端和所述围压控制器22的另一端均与所述第二空气压缩机28连接，所述供水箱21的另一端、所述围压控制器22的另一端和所述第二空气压缩机28的连接处设置阀门。在实际应用中，所述供水箱21箱顶设置注水孔21-1；所述第四管道26的一端穿过底盘8-1与压力室内部空间连通，另一端为分叉管路。
图7为本发明提供的一种研究根-非饱和土界面力学特性的试验方法的流程图，如图7所示，包括：
步骤701：制备根-土复合体试样。在实际应用中，根据研究目标选定相应的土体及植物根系，制作根-土复合体重塑土样；或直接取用原状根-土复合体试样11，现场取样过程中应该尽量减少扰动；在根系露出土体部分的位置做好标记。
步骤702：将所述根-土复合体试样安装于上述的研究根-非饱和土界面力学特性的试验装置中。在实际应用中，将饱和后的根-土复合体试样11主体部分的上下表面均放置一张滤纸，而后将试样放置在陶土板10上，使植物根系穿出陶土板10的孔洞；为保证根-土复合体气密性，用融化后的石蜡10-1填充陶土板10与植物根系间的空隙，并使石蜡10-1快速凝固；将试样及陶土板10放置于基座上，用橡皮膜将试样主体部分裹住后，将透水石12、试样帽13依次放置在试样的顶部，试样两端用橡皮圈扎紧，在装样过程中要排除第二管道24的空气，试样放置好后，将压力室罩9放在底座8-2上，用螺母固紧；根据根系直径选择合适尺寸的橡胶垫圈套在下基座8-4下端的开口处，并在橡胶垫圈的内壁涂抹少量硅脂，确保装置气密性，下基座8-4套进植物根系后，用小六角螺丝连接底盘8-1，完成试样的安装。
步骤703：调整所述根-土复合体试样的饱和度，同时模拟所述根-土复合体试样的应力状态和应力历史，结束初始条件模拟阶段。
在实际应用中，在初始条件模拟阶段，通过自动化围压-供水系统Ⅳ向压力室内注水，并给压力室提供目标围压，可根据实际需要利用试样基质吸力控制系统Ⅲ、自动化围压-供水系统Ⅳ调整试样饱和度以及试样的应力历史；达到预定条件后，初始条件模拟阶段结束，初始条件模拟阶段的装置如图5所示。
实例1：分析应力状态对根-饱和土界面力学特性的影响。试验对象为饱和土，OCR＝1，进行四组对比实验，每组试样在饱和后分别加25、50、75、100kPa围压，待孔隙水压力消散认为固结完成。
试样安装完成后，开启自动化围压-供水系统Ⅳ的第二空气压缩机28，调节阀门位置到第四通道的第一分支路到通路位置，向压力室内注水，当水注满后，关紧排气孔9-1使第二支路保持通路，通过围压控制器22将压力室内压力加载到预定的围压。待压力室内围压达到稳定后，调整第二管道24的阀门到连通孔隙水压力传感器18位置，并开启孔隙水压力传感器18，测定根-土复合体试样11的孔隙水压力；打开第三管道25的阀门，使试样固结排水，待孔隙水压力消散认为试样初始应力状态模拟完成，关闭阀门。
实例2：分析饱和度对根-非饱和土界面力学特性的影响。试验对象控制相同的应力状态，OCR＝1，可先测得试验土体的土水特性曲线，得到土体饱和度和基质吸力之间的变化关系；研究在100kPa净围压下，不同的基质吸力10、50、100、150kPa对应饱和度对根-非饱和土界面力学特性的影响，进行四组对比试验，设定试样的内部气压力为200kPa，则试验围压为300kPa，待四个试样的孔隙水压力分别达到190、150、100、50kPa时认为基质吸力平衡阶段结束。
试样安装完成后，开启自动化围压-供水系统Ⅳ的空气压缩机，调节手阀位置到第四通道的第一分支路到通路位置，向压力室内注水，当水注满后，关紧排气孔9-1使第二支路通路，通过围压控制器22将压力室内部压力加载到300kPa的同时，打开第一通道相关阀门，设置气压控制器16的目标气压值，并启动空气压缩机，对试样内部施加200kPa气压，打开第二三通道的相关阀门，启动排水传感器20及孔隙水压力传感器18，使试样进行脱湿，待孔隙水压力达到目标值后就认为基质吸力平衡阶段结束，试样即达到目标饱和度。
实例3：分析应力历史(OCR)对根-饱和土界面力学特性的影响。试验对象为饱和土，且控制相同的应力状态，进行四组对比实验，拟定不同超固结比，OCR＝0.5、1、1.5、2，每组试样在饱和后分别加载25、50、75、100kPa围压进行先期固结，固结后均加/卸载到50kPa围压，待孔隙水压力消散认为固结完成。
试样安装完成后，开启自动化围压-供水系统Ⅳ的空气压缩机，调节手阀位置到第四通道的第一分支路到通路位置，向压力室内注水，当水注满后，关紧排气孔9-1使第二支路保持通路，通过围压控制器22将压力室内部压力加载到预定的先期固结压力。待压力室内围压达到稳定后，调整第二管道24的阀门到连通孔隙水压力传感器18位置，并开启孔隙水压力传感器18，测定根-土复合体试样11的孔隙水压力；打开第三管道25的阀门，使试样固结排水，待孔隙水压力消散认为先期固结完成，关闭第三管道25的阀门。后通过围压控制器22将压力室内部压力加/卸载到50kPa，打开第三管道25的阀门，等待试样固结，待孔隙水压力消散认为固结完成，此时试样达到相应的超固结比，关闭阀门。
步骤704：在根系拉拔阶段，调整拉拔系统Ⅰ，记录探针式位移传感器7的数据以及力传感器5的数据。
在根系拉拔阶段，根据根-土复合体试样11的根系长度调整横梁4到适当位置，通过螺栓，将横梁4固定在支柱2上；取下下基座8-4后，往陶土板10与根系间填充的石蜡10-1内注射汽油，使其溶解；小心地将穿出陶土板10的根系固定在根系夹具6上；调整探针式位移传感器7位置，使其与压力室底座8的支架15接触对准。设定轴向驱动装置的应变速率为10mm/min，在轴向驱动装置的作用下，升降台3带动压力室轴向抬升，带动根-土复合体试样11的主体部分轴向抬升，从而产生拉拔力，拉拔阶段的装置如图6所示。由探针式位移传感器7采集位移数据，即根系从土体中拔出的长度，由力传感器5采集根系所受拉力。根系拔断或滑出土样即为试验结束；根系滑出土样的实验记为成功实验。
步骤705：根据所述探针式位移传感器的数据以及所述力传感器的数据绘制位移-拉力曲线。
步骤706：根据所述位移-拉力曲线确定所述根-土复合体试样的根系所受最大拉力。
在实际应用中，分析探针式位移传感器及力传感器所记录的数据，得到根系在不同初始条件下拉拔过程的位移-拉力关系曲线，根系所受最大拉力即为根系拉拔力。
步骤707：测量所述所述根-土复合体试样的入土深度以及所述根-土复合体试样的根系平均直径。
在实际应用中，对试验成功的根-土复合体试样11，取出其根系，用游标卡尺测根系的入土深度z及根系入土部分上、中、下部的直径，并求其平均直径。
步骤708：根据所述入土深度、所述根系平均直径以及所述根系所受最大拉力确定所述根-土复合体试样根-土界面摩擦系数。
具体包括：根-土界面力学特性分析。该试验的研究对象是植物单根，假设：植物根系为刚性杆件，忽略拉伸过程中植物根系发生的微小形变；植物根系表面材质均匀，即根系表面的摩擦系数均相同(根系表面的凹凸不均匀，及在一定长度区间内的小幅度弯曲，都被考虑在摩擦系数中)；根周土对根系的挤压作用与围压相比影响很小，次项忽略不计。根系的拉拔力即为根-土间的最大静摩擦力f
f
步骤709：根据所述根-土界面摩擦系数和所述位移-拉力曲线分析不同初始条件下的根-土界面力学特性。在实际应用中，分析不同初始条件下的根-土界面力学特性，为深入研究根系固土机制提供基础试验数据。
本发明的工作原理为：
将饱和后的根-土复合体试样11放置于压力室内，植物根系穿出下基座8-4，采用石蜡10-1对根系和陶土板10之间的空隙进行封闭处理，在保证试样气密性良好的状态下通过自动化围压-供水系统Ⅳ对压力室供水、以水充当围压传递媒介以实现试样围压的施加，自动化围压-供水系统Ⅳ及试样基质吸力控制系统Ⅲ可对试样的饱和度及应力历史进行模拟，在对不同初始条件的模拟阶段结束后，由拉拔系统Ⅰ的根系夹具6固定植物根系，由轴向驱动装置带动压力室向上运动，随着轴向位移的进一步加大，植物根系拉断或滑出土体，探针式位移传感器7及与根系夹具6相连的力传感器5记录根系拉拔阶段的受力过程。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、随着降雨入渗的不断进行，根-土复合体的饱和度逐渐增大，根-土界面间的摩擦力随之改变。本发明的试样基质吸力控制系统可以调整试样的饱和度，以模拟降雨入渗的不同阶段根-土复合体的状态，以实现探究根-非饱和土界面的力学特性。
2、本发明是研究拉拔过程中根-土界面力学特性的试验装置，与压力室连通的自动化围压-供水系统可以按实际需求提供不同的围压，弥补了传统拉拔装置仅能控制垂直荷载的不足，使根-土界面力学特性试验中所模拟的应力环境更接近自然的应力状态。
3、本发明在试样基质吸力控制系统和自动化围压-供水系统的共同作用下，可对试样的应力历史进行模拟，可研究超固结比对根系拉拔时根-土界面力学特性的影响。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
