植物根系可以通过机械加固直接增加土壤强度,抑制其附近土壤开裂。基于三维土壤开裂模型,结合以趋势项和随机波动项为特征的非平稳随机场,建立了描述根系影响下三维土壤干缩开裂过程的数值模型。该模型通过引入三维根系密度分布函数,并...植物根系可以通过机械加固直接增加土壤强度,抑制其附近土壤开裂。基于三维土壤开裂模型,结合以趋势项和随机波动项为特征的非平稳随机场,建立了描述根系影响下三维土壤干缩开裂过程的数值模型。该模型通过引入三维根系密度分布函数,并利用临界应变与根密度的指数函数关系将根系对土壤的加固作用具现在非平稳随机场中。采用闵可夫斯基密度(即面积密度、长度密度和欧拉数密度)来量化裂纹模式。通过现场实验结果对模型参数进行率定和验证,并对模型的精度进行了评价。实验与模拟裂纹图像的闵可夫斯基密度及裂纹深度相对频率的决定系数在0.7697~0.9983之间,均方根误差在0.005~0.083之间,偏差在0.0148~0.0810之间,一致性指标大于0.9617,表明新构建的模型能够很好地模拟根系影响下的三维土壤干缩开裂。此外,敏感性分析表明,土壤表面裂纹分布随着根系三维径向分布密度函数(Radial Distribution Density Function,RDDF)的横向分布半径的增加而减少,裂纹深度相对频率则受极半径的影响更加明显。研究成果对于干旱条件下的土壤结构变化具有一定意义。展开更多
文摘植物根系可以通过机械加固直接增加土壤强度,抑制其附近土壤开裂。基于三维土壤开裂模型,结合以趋势项和随机波动项为特征的非平稳随机场,建立了描述根系影响下三维土壤干缩开裂过程的数值模型。该模型通过引入三维根系密度分布函数,并利用临界应变与根密度的指数函数关系将根系对土壤的加固作用具现在非平稳随机场中。采用闵可夫斯基密度(即面积密度、长度密度和欧拉数密度)来量化裂纹模式。通过现场实验结果对模型参数进行率定和验证,并对模型的精度进行了评价。实验与模拟裂纹图像的闵可夫斯基密度及裂纹深度相对频率的决定系数在0.7697~0.9983之间,均方根误差在0.005~0.083之间,偏差在0.0148~0.0810之间,一致性指标大于0.9617,表明新构建的模型能够很好地模拟根系影响下的三维土壤干缩开裂。此外,敏感性分析表明,土壤表面裂纹分布随着根系三维径向分布密度函数(Radial Distribution Density Function,RDDF)的横向分布半径的增加而减少,裂纹深度相对频率则受极半径的影响更加明显。研究成果对于干旱条件下的土壤结构变化具有一定意义。
