玉米根茬和土壤相互作用的力学特性研究

玉米在我国的大面积种植，使得秸秆直燃发电具有广阔发展前景。玉米根茬与土壤的分离状况直接影响着直燃发电的效率和水土流失的防治，可见对根茬特性的研究是极为重要的。该项研究通过对玉米根茬拉伸试验和三轴压缩试验，研究了玉米根茬抗拉力学特性、抗剪特性以及不同因素的影响效果，旨在对玉米根茬收获机械、农业耕作部件的设计提供一些参考依据。 玉米根茬在外力的加载作用下，最大抗拉力随着根径的增加而增大，并呈显著的幂函数正相关关系；单根抗拉强度与根径呈幂函数反相关关系。玉米单根的应力应变曲线初期表现出较好的线弹性关系，单根呈显著的弹性变形，当应力超过弹性极限后，单根进入塑性变形，曲线较为平缓。标距、加载速率、采样时间是影响玉米单根抗拉特性的三个重要因素。随着标距的增加，单根最大抗拉力和抗拉强度逐渐减小，根径越大，不同标距单根最大抗拉力的差异越大，抗拉强度的表现与其相反；加载速率越大，最大抗拉力与抗拉强度越小，根径越大，不同加载速率下单根最大抗拉力的差别越明显，抗拉强度的表现与其相反；在不同的季节下，同一根径时，玉米单根在10月秋季的最大抗拉力和抗拉强度均大于4月春季，随着根径的增大，不同季节单根最大抗拉力和抗拉强度的差异也增大。 玉米根土复合体的应力-应变关系呈非线性增长，表现出较为明显的弹塑性材料的特性；根土复合体在不同试验条件下的抗剪强度和黏聚力均大于素土；随着土壤含水量的增加，根土复合体的抗剪强度和粘聚力表现为减小的趋势，而根土复合体的内摩擦角的变化不明显；根土复合体的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均随着土壤干密度的增加而增大；复合根的抗剪强度和粘聚力>垂直根>水平根>素土；随着根径的增加，根土复合体的抗剪强度、粘聚力以及内摩擦角均呈增大的趋势。由极限主应力差增长率与围压3的关系可见，根系在浅表层的固土效果明显，而对于较深的土层，其固土效果明显下降。玉米根茬收获机械在降低挖掘根茬时的功率消耗且保留大量根茬的要求，应选择土壤含水率较高的时候进行挖掘，且挖掘的深度应适当。